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Information quantique

Axe géré en commun par IFRAF et C’Nano

Les propriétés fondamentales de la mécanique quantique servent aujourd’hui de ressources au domaine de l’information quantique, qui exploite le concept de superposition d’états ou encore d’intrication quantique entre plusieurs systèmes.
Ces derniers peuvent être assez divers, photons, particules, et même objets de taille nanométrique, voire micrométrique. Certaines applications ont déjà émergé, comme la cryptographie quantique pour la sécurisation du transfert d’information.
Aujourd’hui, les chercheurs visent à établir des communications quantiques sur longue distance à haut débit et à implanter efficacement le calcul quantique. Ce champ est si riche et le rêve de « l’internet quantique » si fascinant que tous les pays développés investissent fortement sur ces thèmes et les équipes du DIM « Des atomes froids aux nanosciences » s’y retrouveront en associant compétences et technologies complémentaires.
La manipulation cohérente des qubits, dans le but de constituer des portes logiques, peut s’appuyer sur différents supports. l’implication croissante de la physique des matériaux, combinée avec de nouveaux algorithmes quantiques, augmente le champ des possibles pour les qubits potentiels dont il importe d’évaluer les performances et les limitations. les ions refroidis sont pour l’instant les systèmes les plus prometteurs pour créer des états quantiques corrélés à plusieurs ions et réaliser des portes logiques avec des temps de cohérence relativement longs. toutefois la taille du système est pour l’instant très limitée. Les atomes froids ont d’autres atouts : on sait coder de l’information quantique sur des atomes individuels piégés dans des pinces optiques, ou sur des « puces à atomes », ou encore dans des réseaux optiques où l’on peut depuis peu manipuler les atomes un à un.

ces derniers systèmes sont particulièrement prometteurs car ils offrent la possibilité d’atteindre une grande taille en trois dimensions. La matière condensée offre d’autres possibilités tout aussi riches. On réalise des qubits à base de boîtes quantiques dans des semi-conducteurs en manipulant les spins et les excitons ou encore avec des jonctions de Josephson. l’attrait de ces derniers systèmes est très grand, malgré des temps de cohérence très courts, en raison de leur compatibilité avec les matériaux de l’électronique classique et leur potentiel d’intégration. La maîtrise des technologies associées un défi passionnant, pour lequel les laboratoires de l’Île-de-France ont un potentiel considérable.

Le stockage de l’information quantique est un autre volet de la recherche. Il s’agit de transférer l’information quantique entre des qubits de nature très différente.La conversion doit être efficace et réversible, ce qui en fait toute la difficulté. le système implique un qubit vecteur de l’information, en général des photons, et un second qubit de longue durée de vie qui sert au stockage. Le lien entre atomes froids et matière condensée est là aussi très marqué.

Pour ces différentes fonctions, les réseaux quantiques hybrides atomes froids-quantum dots (ou autres qubits solides), couplés par la lumière paraissent très prometteurs. Ce type de système, encore en projet, permettrait d’associer la cohérence exceptionnelle des atomes ultra-froids à l’opération très rapide et modulable des systèmes nanofabriqués.

Cet axe transverse sur l’information quantique devrait renforcer durablement les liens entre les communautés des atomes froids et des nanosciences, créant un pôle de premier plan dans ce domaine d’avenir.


Bureau

  • Responsables

Jean-François ROCH
Chercheur CNRS
LPQM, UMR 8537

Elisabeth GIACOBINO
Chercheur CNRS
LKB, UMR 8552

  • Membres

Philippe GRANGIER
LCFIO, UMR 8501

Jakob REICHEL
LKB, UMR 8552

Thierry DEBUISSCHERT
THALES

Benjamin HUARD
CPA, UMR 8551

Alexandro BEVERATOS
LPN, UPR 20