Serge Haroche, (født 11. september 1944, Casablanca, Marokko), fransk fysiker, der blev tildelt Nobelprisen for fysik i 2012 for at udtænke metoder til at studere kvantemekanisk opførsel af individuelle fotoner. Han delte prisen med den amerikanske fysiker David Wineland.
Haroche modtog grader i fysik i 1967 fra École Normale Supérieure i Paris og en doktorgrad i 1971 fra Université Paris VI (nu Université Pierre et Marie Curie), hvor hans rådgiver var den franske fysiker Claude Cohen-Tannoudji. I 1972 og 1973 var han postdoktor ved Stanford University i Californien, hvor han arbejdede i laboratoriet hos den amerikanske fysiker Arthur Schawlow. Indtil 1984 var han adjunkt ved École Polytechnique i Paris (og fra 1976, Palaiseau). Fra 1982 til 2001 var han professor ved École Normale Supérieure, Paris. Han var også professor ved Université Pierre et Marie Curiefrom 1975 til 2001 og deltids professor ved Yale University i New Haven, Connecticut, fra 1984 til 1993. I 2001 blev han professor ved Collège de France i Paris, hvor han var formand for kvantefysik. Haroche tjente som præsident for kollegiet fra 2012 til 2015, da han trak sig tilbage som professor emeritus.
Haroches arbejde koncentrerede sig om at studere individuelle mikrobølgefotoner fanget mellem to spejle. Fotonfælden var et hulrum, der var 2,7 cm (1,1 inches) i længde, afgrænset af to buede superledende spejle. For at detektere de fangede fotoner projicerede eksperimenterne atomer af rubidium, der var i en superposition af to kvante tilstande gennem hulrummet, ad gangen. Da et atom krydsede hulrummet, blev dens energitilstand spændt af fotonen, og måling af atomens tilstand afslørede således fotonens tilstand uden at ødelægge den. I 1996 lykkedes det Haroche og samarbejdspartnere at placere fotoner i en superposition af to kvante tilstande. Dette gjorde det muligt for dem at studere kvantemekanisk opførsel, der tidligere kun havde været genstand for tankeeksperimenter, såsom den berømte Schrödingers kat. (I 1930'erne foreslog den tyske fysiker Erwin Schrödinger som en demonstration af de filosofiske paradokser involveret i kvanteteori en lukket kasse, hvor en kat, hvis liv afhænger af det mulige radioaktive forfald af en partikel, ville være både levende og død, indtil den er direkte observeret.) I 2008 var Haroche og samarbejdspartnere i stand til at observere fotonerne inde i hulrummet ændre sig fra en kvantetilstand til en klassisk tilstand.
