L’information quantique est un sujet fondamentalement pluridisciplinaire impliquant mathématiciens, informaticiens et physiciens, théoriciens et expérimentateurs, ingénieurs et chercheurs. Ces dernières années ont vu naître plusieurs start-up ainsi que des produits commerciaux. Les progrès dans ce domaine dépendront en grande partie du fait que les chercheurs de ces différentes spécialités et les industriels parviennent à parler et à comprendre un langage commun.
C’est dans cet esprit que ce livre expose les bases de la théorie de l’information classique et celles de la physique quantique, tout comme il décrit les composants utilisés, les expériences et leurs principaux résultats, afin de faire le point sur l’état de l’art des réalisations concrètes en 2025. Ainsi le lecteur découvrira les entropies classique de Shannon et quantique de von Neumann, la description des principaux protocoles de cryptographie quantique mais aussi les performances des premiers prototypes de répéteurs quantiques ainsi que différentes pistes pour l’ordinateur quantique.
Chaque lectrice ou lecteur, quelle que soit la communauté à laquelle elle ou il appartient, trouvera dans cet ouvrage des notions clés pour compléter ses connaissances et accéder à l’abondante littérature scientifique sur le sujet.

« C’est un excellent travail, facile à lire, passionnant, avec un très bon équilibre entre théorie et formalisme d’une part et considérations expérimentales d’autre part, qui permettront de comprendre qu’il y a parfois loin de la coupe aux lèvres ».

Jean-Michel Raimond, Sorbonne Université

« Ce livre sera utile à tous ceux qui veulent pouvoir suivre les progrès spectaculaires de l’information quantique. Il leur donnera de très solides bases aussi bien en théorie de l’information qu’en physique quantique, ce qui leur permettra de comprendre aussi bien les logiciels que les systèmes matériels destinés à les mettre en œuvre. »

Alain Aspect, Institut d’Optique – Université Paris-Saclay, Prix Nobel de physique 2022

Après un nouvel intervalle de dix ans, cet ouvrage a été revu en profondeur tout en conservant son style qui privilégie les arguments physiques, les raisonnements intuitifs et les calculs simples ; il donne une large part aux approches expérimentales et présente une iconographie renouvelée. Dans cette nouvelle édition, l’image joue un rôle accru en tirant souvent parti des nouveaux outils numériques, comme en témoigne le cahier central en couleurs destiné à stimuler la curiosité du lecteur.

Il était devenu indispensable de prendre en compte les évolutions considérables de l’hydrodynamique qui associe de plus en plus étroitement physiciens et mécaniciens ; le contenu de la présente édition reflète également une ouverture croissante vers d’autres domaines des sciences expérimentales telles que les sciences de la nature et du vivant, le génie des procédés ou les sciences de l’environnement. Cet ouvrage intéressera donc les chercheurs et les ingénieurs de tous ces domaines, à côté des physiciens et des mécaniciens.

Ce livre fournit un panorama extrêmement riche des écoulements de la matière, fluide ou presque fluide. De plus, il ne s’égare jamais dans les calculs, qui peuvent être vus comme des exercices d’application, avant d’en avoir dégagé des principes. Le même souci pédagogique qui caractérisait les versions précédentes a été conservé : les étudiants de licence et de master, ainsi que les élèves des classes préparatoires et les élèves-ingénieurs pourront donc en faire un usage particulièrement fructueux.

Ce livre, qui repose sur un enseignement de plusieurs années, notamment dans le parcours « Physique théorique » du Master 2 « Concepts fondamentaux de la physique », à l'École normale supérieure, est une introduction pédagogique à cet ensemble incontournable de notions. Il est destiné aux étudiants et aux chercheurs. La théorie statistique des champs repose sur la profonde analogie entre les fluctuations quantiques d'un système quantique en dimension d'espace D et les fluctuations thermiques d'un système classique en équilibre à une température absolue T dans un espace de dimension (D + 1), la constante de Planck h jouant le rôle de la température T.

Ce premier tome développe l'aspect « quantique » de la théorie. La première partie du livre est consacrée à l'intégrale de chemin, qui permet de mettre en évidence d'une façon particulièrement claire cette correspondance entre les deux types de fluctuations, sans négliger des aspects avancés (bosons et fermions, états cohérents, spin). Dans une deuxième partie, l'auteur utilise l'exemple typique de la théorie en f4 pour un exposé détaillé de l'intégrale fonctionnelle, du développement perturbatif, des graphes de Feynman, de la renormalisation perturbative et du groupe de renormalisation en théorie des champs. Le deuxième tome sera consacré aux applications du groupe de renormalisation à la physique statistique, en particulier le calcul des exposants critiques. Seront aussi abordés des sujets reliés : modèle XY, polymères, chaînes de spin, mouillage et membranes, ainsi qu'une introduction à l'invariance conforme et à l'invariance d'échelle en taille finie.

Issu d’un cours de Master 2 donné à l’Université Paris-Saclay, ce livre est une introduction destinée à donner les outils de base pour comprendre l’étude mathématique de ces équations. Le premier chapitre propose une rapide déduction physique de ces équations tandis que le deuxième chapitre introduit le cadre mathématique qui sera utilisé par la suite. Plusieurs types de solutions des équations de Navier-Stokes sont alors abordés : les solutions classiques dans le chapitre 3, les solutions de type mild dans les chapitres 4 et 5 et enfin les solutions faibles dans les chapitres 6 et 7. Des problèmes d’explosion, de régularité et d’unicité pour les équations stationnaires sont également étudiés.
Chaque chapitre du livre se termine par des exercices qui proposent des compléments utiles ainsi quelques développements inspirés d’articles de recherche récents.

Il faut donc se replonger dans les théories d’antan et les étendre ; il faut en développer de nouvelles. C’est à cette aventure qu’invite cet ouvrage, en prenant toujours le parti de la simplicité. Issu d’enseignements donnés par l’auteur dans les écoles de physique des Houches et de Cargèse, enrichi de résultats non publiés, il est accessible à tout étudiant de master, enseignant, chercheur intéressé par les aspects fondamentaux de ce domaine plein de vitalité que sont les gaz quantiques.

Chapitres du tome 2 : La compression de spin et ses limites. Cohérence temporelle du condensat. Bogolioubov grand-canonique et ordre de Wu. Cas de la dimensionalité réduite.

L'ouvrage expose les principales réactions de la synthèse asymétrique et offre une approche critique des différente méthologies à partir d'exemples récents.

Il faut donc se replonger dans les théories d’antan et les étendre ; il faut en développer de nouvelles. C’est à cette aventure qu’invite cet ouvrage, en prenant toujours le parti de la simplicité. Issu d’enseignements donnés par l’auteur dans les écoles de physique des Houches et de Cargèse, enrichi de résultats non publiés, il est accessible à tout étudiant de master, enseignant, chercheur intéressé par les aspects fondamentaux de ce domaine plein de vitalité que sont les gaz quantiques.

Chapitres du tome 1 : Statistique quantique et interaction. L’équation de Gross-Pitayevski. La théorie de Bogolioubov. Pulsations propres au-delà de Gross-Pitayevski.

Préface de Claude Cohen-Tannoudji, prix Nobel de Physique 1997

Ces considérations de symétrie permettent de comprendre l’origine de la masse et du spin et d’établir des équations d’onde comme l’équation de Schrödinger ou celle de Dirac à partir du groupe d’invariance choisi : Galilée ou Lorentz. Ces équations permettent de décrire les particules de spin 1/2 et prédisent correctement leur moment magnétique anormal.

Cet ouvrage, issu d’un cours de DEA de Physique théorique de l’ENS, a à la fois un caractère fondamental et appliqué. L’utilisation des symétries, et en particulier de celle de rotation, est un outil pratique permettant une approche géométrique de problèmes comme le théorème de Wigner-Eckart ou les opérateurs tensoriels irréductibles. Enfin le livre discute de deux symétries discrètes, la parité et le renversement du temps.

Cette seconde édition inclut cinq nouveaux compléments, répartis entre les chapitres I, VI (deux compléments), VII et VIII.

Ceci permet une discussion plus complète de l’invariance relativiste des équations d’onde, et en particulier l’introduction de l’équation de Weyl, absente de la première édition. Ces notions sont utiles pour créer un meilleur lien vers des ouvrages avancés consacrés spécifiquement à la théorie des champs.

Notre œil est un outil exceptionnel qui reste néanmoins limité en résolution et en sensibilité. Même avec les appareils traditionnels de l’optique, comme les microscopes, il n’est pas possible de pénétrer les environnements complexes. Les nouveaux instruments de la physique, en particulier les lasers, ont permis des avancées qui étaient jusqu’à récemment du domaine de la science-fiction : voir en profondeur dans un tissu biologique, discerner une molécule unique, visualiser le fonctionnement interne d’une cellule ou encore voir un neurone en action. Quelles techniques, quels outils ont permis ces avancées ?Le livre décrit tour à tour le microscope, l’optique adaptative, l’imagerie en milieu diffusant, l’holographie et la microscopie de fluorescence. Il présente de manière accessible les concepts physiques en jeu et montre que nous avons aujourd’hui des outils permettant de répondre à des questions fascinantes : comment fonctionne notre cerveau, neurone par neurone ? Peut-on détecter précocement un cancer ou des maladies de la rétine ?

Finaliste du Prix Roberval 2024 dans la catégorie 'Enseignement Supérieur’