Serge Haroche, (geboren 11 september 1944, Casablanca, Marokko), Franse natuurkundige die in 2012 de Nobelprijs voor natuurkunde ontving voor het bedenken van methoden om het kwantummechanische gedrag van individuele fotonen te bestuderen. Hij deelde de prijs met de Amerikaanse natuurkundige David Wineland.
Haroche behaalde in 1967 een diploma natuurkunde aan de École Normale Supérieure in Parijs en een doctoraat in 1971 aan de Université Paris VI (nu Université Pierre et Marie Curie), waar zijn adviseur de Franse natuurkundige Claude Cohen-Tannoudji was. In 1972 en 1973 was hij postdoctoraal onderzoeker aan de Stanford University in Californië, waar hij werkte in het laboratorium van de Amerikaanse natuurkundige Arthur Schawlow. Tot 1984 was hij assistent-professor aan de École Polytechnique in Parijs (en vanaf 1976 Palaiseau). Van 1982 tot 2001 was hij professor aan de École Normale Supérieure, Parijs. Hij was ook professor aan de Université Pierre et Marie Curief van 1975 tot 2001 en een parttime professor aan de Yale University in New Haven, Connecticut, van 1984 tot 1993. In 2001 werd hij professor aan het Collège de France in Parijs, waar hij was voorzitter van de kwantumfysica. Haroche was van 2012 tot 2015 president van het college, toen hij met pensioen ging als emeritus hoogleraar.
Haroche's werk concentreerde zich op het bestuderen van individuele microgolffotonen die gevangen zitten tussen twee spiegels. De fotonenvanger was een holte van 2,7 cm lang, begrensd door twee gebogen supergeleidende spiegels. Om de gevangen fotonen te detecteren, projecteerden de onderzoekers de atomen van rubidium die zich in een superpositie van twee kwantumtoestanden door de holte bevonden, één voor één. Toen een atoom de holte passeerde, werd zijn energietoestand opgewekt door het foton, en dus onthulde de meting van de toestand van het atoom de toestand van het foton zonder het te vernietigen. In 1996 slaagden Haroche en medewerkers erin fotonen in een superpositie van twee kwantumtoestanden te plaatsen. Hierdoor konden ze kwantummechanisch gedrag bestuderen dat voorheen alleen het onderwerp was van gedachte-experimenten, zoals de beroemde Schrödinger's kat. (In de jaren dertig stelde de Duitse natuurkundige Erwin Schrödinger, als demonstratie van de filosofische paradoxen die betrokken zijn bij de kwantumtheorie,) een gesloten doos voor waarin een kat wiens leven afhankelijk is van het mogelijke radioactieve verval van een deeltje zowel levend als dood zou zijn totdat het direct is waargenomen.) In 2008 konden Haroche en medewerkers de fotonen in de holte veranderen van een kwantumtoestand naar een klassieke toestand.
