David Deutsch : Le physicien qui a pris le multivers au pied de la lettre

En 1985, un physicien d'Oxford a publié un article décrivant une machine que personne n'avait construite et que peu de gens jugeaient nécessaire : un ordinateur quantique universel. Son argument n'était pas qu'il serait utile. C'était que le principe le plus fondamental de l'informatique — l'affirmation de Turing selon laquelle une seule machine peut simuler n'importe quel processus physique — était faux tel quel, parce que l'univers est quantique et que la machine de Turing ne l'était pas. Corriger ce principe exigeait un nouveau type d'ordinateur. Près de quatre décennies plus tard, ces machines existent, une industrie s'est développée autour d'elles, et David Deutsch est généralement qualifié de père de l'informatique quantique.

De Haifa à Oxford

David Elieser Deutsch est né le 18 mai 1953 à Haifa, en Israël, dans une famille juive. Il a fréquenté la William Ellis School à Londres, a étudié les sciences naturelles au Clare College de Cambridge, puis a poursuivi des études de doctorat au Wolfson College d'Oxford sous la direction de Dennis Sciama et Philip Candelas, en travaillant sur la théorie quantique des champs en espace-temps courbe. Sciama, dont les étudiants comprenaient Stephen Hawking et Roger Penrose, a été le directeur de thèse d'une génération de théoriciens britanniques disposés à prendre au sérieux des idées étranges — un apprentissage utile pour ce que Deutsch allait faire ensuite.

Le principe de Church-Turing-Deutsch

L'article de 1985 a introduit la machine de Turing quantique et ce qui est devenu connu sous le nom de principe de Church-Turing-Deutsch. L'intuition originale de Turing concernait les mathématiques : une machine universelle peut calculer tout ce qui est calculable. Deutsch l'a reformulée sous forme d'affirmation concernant la physique — à savoir qu'un dispositif informatique universel doit être capable de simuler n'importe quel processus physique et, puisque les processus physiques sont de nature mécanique quantique, la machine universelle doit elle-même être quantique.

C'est là une manœuvre caractéristique de Deutsch. Il a pris un résultat abstrait de la logique et a insisté sur le fait qu'il s'agissait en réalité d'une affirmation sur le monde, puis il a suivi les conséquences là où elles menaient. Il en est ressorti le fondement théorique de toute une technologie.

Il a fait suivre cela de résultats concrets. Avec Richard Jozsa, il a développé l'algorithme de Deutsch-Jozsa — l'une des premières démonstrations qu'un algorithme quantique pouvait être exponentiellement plus rapide que n'importe quel algorithme classique déterministe possible. Il résout un problème artificiel sans intérêt pratique, et là n'est pas la question : c'était une preuve d'existence montrant que les ordinateurs quantiques ne sont pas simplement plus rapides, mais catégoriquement différents. Il a également travaillé sur les portes logiques quantiques et la correction d'erreurs quantiques, la discipline qui rend ces machines construisibles dans un monde bruyant.

Quatre volets

Le livre de Deutsch publié en 1997, The Fabric of Reality, plaidait pour quelque chose de démodé : que la façon de comprendre la réalité n'est pas de tout réduire à la physique des particules, mais de reconnaître quatre théories profondes qui se soutiennent mutuellement. L'interprétation des mondes multiples de la mécanique quantique par Hugh Everett est la première et la plus importante. L'épistémologie de Karl Popper, avec son accent sur le réalisme et les conjectures audacieuses, est la deuxième. La théorie du calcul d'Alan Turing, étendue par le propre principe de Turing de Deutsch, qui passe des machines de Turing universelles aux ordinateurs quantiques universels, est la troisième. Le raffinement du darwinisme par Richard Dawkins, avec ses réplicateurs et ses mèmes, est la quatrième.

L'accueil a été chaleureux mais non sans critiques. The Guardian l'a qualifié de livre profond et ambitieux. The New York Times y a trouvé des aperçus rafraîchissant obliquement provocateurs tout en se demandant si l'ensemble tenait vraiment ensemble. The Beginning of Infinity a suivi en 2011, élargissant l'argumentation vers l'affirmation selon laquelle la connaissance explicative n'a pas de limites inhérentes.

La contribution de Deutsch à la philosophie des sciences est un critère sur lequel il insiste fortement : les bonnes explications sont difficiles à varier. Une théorie dont les détails pourraient être modifiés sans dommage n'explique rien ; une bonne explication possède des parties étroitement contraintes par le travail qu'elles accomplissent.

Théorie constructeur

Depuis 2012, en collaboration avec Chiara Marletto, Deutsch développe la théorie constructeur — une tentative de généraliser le calcul quantique en un cadre couvrant tous les processus physiques. Plutôt que de décrire ce qui se passe étant donné des conditions initiales et des lois de mouvement, la théorie constructeur propose d'énoncer quelles transformations physiques sont possibles et lesquelles sont impossibles, et pourquoi. C'est une tentative de rebâtir les fondements de la physique sur de nouvelles bases. Le succès de cette démarche reste entièrement ouvert.

Pourquoi David est qualifié de génie

La qualité distinctive de Deutsch est son refus de traiter une quelconque théorie comme un simple dispositif de calcul. Lorsque la mécanique quantique affirmait qu'il existe de nombreux mondes, la plupart des physiciens considéraient cela comme une curiosité interprétative à balayer d'un revers de main ; Deutsch l'a pris au pied de la lettre et s'est demandé à quoi ressemblerait une machine l'exploitant. L'ordinateur quantique universel est issu de ce littéralisme. La même démarche se retrouve partout dans son œuvre : traiter le principe de Turing comme de la physique plutôt que comme de la logique, traiter l'explication plutôt que la prédiction comme l'objectif de la science.

La reconnaissance est considérable : le prix Dirac de l'IOP en 1998, son élection comme membre de la Royal Society en 2008, la médaille Dirac du ICTP en 2017, la médaille Isaac Newton en 2021 et le Breakthrough Prize en physique fondamentale en 2023. « Père de l'informatique quantique » est une description largement utilisée, et non promotionnelle.

Les contre-arguments sont bien réels. Les engagements fondamentaux de Deutsch restent des positions minoritaires — l'interprétation des mondes multiples n'est qu'une interprétation parmi plusieurs, et la théorie constructeur n'a pas encore produit de résultats qui retiennent l'attention du domaine. C'est un théoricien de ce qui est possible en principe, et l'énorme travail pratique de construction d'ordinateurs quantiques a été réalisé par d'autres travaillant sur du matériel qu'il n'a pas conçu. Ses livres relèvent de l'argumentation plutôt que de la preuve, et leur portée incite à l'accuser d'expliquer tout et par conséquent de ne rien contraindre. Il est également juste de noter qu'Everett a proposé les mondes multiples, Popper l'épistémologie, Turing le calcul, Dawkins le cadre évolutionniste — la synthèse de Deutsch est authentiquement originale, mais les fils en sont empruntés. Son génie réside dans sa capacité à voir ce qui découle du fait de prendre les théories existantes au mot, ce qui est une aptitude plus rare qu'il n'y paraît et plus étroite que ne le suggère ce titre honorifique.

Héritage

Deutsch travaille au Centre for Quantum Computation à Oxford, et le domaine qu'il a fondé sur le papier est devenu une entreprise de recherche mondiale soutenue par des milliards de dollars. Quel que soit l'avenir de la théorie constructeur ou de l'interprétation des mondes multiples, l'article de 1985 demeure : il a identifié une forme de calcul que personne n'avait conçue, a prouvé qu'elle était impliquée par la physique elle-même, et a attendu que les ingénieurs rattrapent le retard. Ils sont toujours en train de le rattraper.