Frank Verstraete, à l'origine de recherches révolutionnaires

Cette année, le prix Francqui, la plus prestigieuse récompense scientifique belge, va au physicien Frank Verstraete. Ce théoricien est à l’origine d’un nouveau langage en mécanique quantique: les réseaux de tenseurs.

"Je ne suis pas sûr de savoir pourquoi le jury du prix Francqui a choisi de me récompenser." Quand on discute avec le professeur Frank Verstraete de la prestigieuse récompense scientifique que la fondation Francqui vient de lui attribuer, on est étonné par sa modestie. Mais aussi par son mode de vie plutôt atypique. Le scientifique se double d’un sportif accompli, un accroc au vélo. Avec des mollets d’acier et un cerveau en pleine forme.

Son domaine de recherche? La mécanique quantique. C’est-à-dire la physique des particules les plus infimes de la matière. Des particules pour lesquelles les lois de la physique classique ne s’appliquent plus et pour lesquelles il faut imaginer de nouvelles règles du jeu. Einstein et Schrödinger s’étaient déjà lancés dans cet exercice. Et Schrödinger parlait de l’intrication de deux particules.

Le profil
  • 1972: Naissance à Ingelmunster (Flandre-Occidentale)
  • 2002: Boucle son doctorat en physique à la KULeuven et à l’UGent
  • 2004: Débarque à Caltech, la Mecque californienne de la physique théorique, où il approfondit pendant deux ans le concept des réseaux de tenseurs
  • 2006: Devient "Full professor" à l’Université de Vienne, centre de renommée mondiale dans le domaine de la recherche fondamentale en physique quantique
  • 2009: Ses travaux sont récompensés par le prix Ignaz Lieben, le "prix Nobel autrichien", décerné par l’Académie des sciences autrichienne

Petite explication. L’intrication est un phénomène fondamental de la mécanique quantique. Il prédit que deux systèmes physiques, deux particules, se retrouvent dans un état quantique dans lequel ils ne forment plus qu’un seul système. Toute mesure sur l’un des systèmes initiaux affecte l’autre, et ce, quelle que soit la distance qui les sépare.

Donc, avant l’intrication, deux systèmes physiques sans interaction sont dans des états quantiques indépendants. Après l’intrication, ces deux états sont emmêlés. Il n’est alors plus possible de décrire ces deux systèmes de façon indépendante.

Cela étant dit, les descriptions mathématiques de Frank Verstraete dans sa thèse menée en cotutelle à l’Université de Gand et à l’Université de Leuven (KUL) ont permis de décrire ces fameuses relations emmêlées. Ce qui a fait dire à la fondation Francqui que "la description de l’intrication des particules s’est révélée être une corne d’abondance permettant un regard totalement neuf sur un grand nombre des problèmes centraux qui préoccupent la physique théorique."

Et même plus: "Le grand mystère de la physique théorique demeure la façon dont il est possible de décrire et de simuler les problèmes de particules quantiques. Le comportement collectif de nombreuses particules ne peut être prédit par les lois microscopiques sans l’introduction de nouveaux concepts. Et ce comportement collectif est responsable de phénomènes physiques fantastiques tels que les transitions de phase, la supraconductivité, ou encore la stabilité de la matière."

Et justement, Frank Verstraete a élaboré une description, un langage, qui permet de caractériser ces états quantiques si particuliers. Il les a baptisés "réseaux de tenseurs quantiques".

Frank Verstraete est professeur à l'Université de Vienne, centre de renommée mondiale dans le domaine de la recherche fondamentale en physique quantique. ©Jonas Lampens

Notons au passage que l’intrication est aussi un phénomène qui est une composante essentielle de la puissance des ordinateurs quantiques. Les travaux du Gantois ouvrent donc la porte au développement de tels ordinateurs quantiques, une sorte de supermachine beaucoup plus intelligente et plus puissante que les plus puissants systèmes actuels.

Par contre, pour la remise du prix Francqui, il faudra attendre le 12 juin prochain. Et si le physicien se pose encore la question de savoir pourquoi le jury l’a désigné comme lauréat, il y apprendra qu’il est à l’origine de "recherches révolutionnaires". Rien de moins.

Cap sur Orval

L’esprit d’équipe, le scientifique connaît et apprécie. Il n’hésite d’ailleurs pas à emmener les membres de son équipe en retraite à Orval pour quelques jours. Une retraite mystique? Plutôt quantique!

Des mollets d’acier

"L’été dernier, avec mes filles, on a passé nos vacances à pédaler. De Gand… à Rome!" Si la pratique intensive du vélo l’aide à avoir les idées claires, il trahit également une certaine forme d’entêtement. "Plus on nous dit qu’une balade familiale en vélo jusqu’à Rome est impossible, plus cela nous motive à la faire. En science, c’est la même chose. Plus on juge nos projets farfelus, plus cela nous motive."

Féru de littérature française

L’homme est aussi un amateur de littérature française. "À 18 ans, j’avais dévoré pas mal de classiques français."

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