Les ambitions quantiques du CNRS

Cellule optique en verre remplie de rubidium (métal alcalin), livrée à une équipe scientifique par la souffleuse de verre qui l'a réalisée. C'est le résultat d'un travail minutieux attendu par toute une équipe. Toute manipulation se fait avec d'infinies précautions. Il faut de nombreuses étapes pour confiner la vapeur de rubidium dans cette pièce de verre, car ce composé chimique réagit violemment au contact de l'air. Cette cellule, façonnée sur mesure et répondant parfaitement aux exigences…

Le qubit au centre de l'image est une superposition de 2 états, spin up (rouge) et spin down (bleu). La sphère représente la protection du qubit contre son environnement qui a tendance à la détruire. Le qubit est la brique fondamentale de l’ordinateur quantique. Si un bit classique représente un état bien défini 0 ou 1, son homologue quantique peut se trouver à la fois dans l’état 0 et 1. Toutefois, cet état de superposition demeure très fragile et son environnement tend à détruire le qubit. L…

Cryostat (en noir) contenant les sources de photons uniques, appelées aussi sources de qubits photoniques, et la boîte QFiber (en bleu) qui sert d'interface entre le laser d'excitation, la source de photons dans le cryostat et le reste de l'expérience. Les deux sont connectés ensemble via une fibre optique monomode. La start-up Quandela, fondée en 2017 par Valérian Giesz, Niccolo Somaschi et Pascale Senellart (directrice de recherche CNRS), travaille sur ces qubits photoniques. Cette approche…

Connection d’une puce au cryostat en vue d'une campagne de test. Ces puces ont préalablement été placées dans un réacteur permettant la synthétisation des nanotubes de carbone, à partir de méthane et grâce à un catalyseur. Ces nanotubes seront ensuite intégrés dans un processeur utilisé pour développer un ordinateur quantique. La start-up C12 Quantum Electronics, cofondée en janvier 2020 par Matthieu et Pierre Desjardins, développe des processeurs quantiques de haute fidélité, grâce à un…

Dessin sur une vitre d’arbres collés de façon aléatoire. Cet objet a été construit afin de montrer que les marches quantiques pouvaient être exponentiellement plus rapides pour traverser un graphe d’un point à l’autre que les marches aléatoires. Dit autrement, elles trouvent la sortie quasiment directement en exploitant les interférences quantiques qui détruisent les mauvais chemins, alors qu’une marche aléatoire se perd nécessairement. Les marches quantiques sont au cœur de la conception de…

Schéma de l’algorithme quantique le plus rapide pour rechercher des triangles dans un graphe. Cet algorithme utilise des procédures quantiques imbriquées les unes dans les autres, dont des marches quantiques, un outil très puissant pour écrire facilement des algorithmes quantiques. Cet outil est lié à un mini-langage de programmation quantique qui se représente bien graphiquement. Ici est visualisé comment le triangle est traqué de proche en proche. D’abord les zones sans arêtes sont…

Jean Dalibard, physicien lauréat de la médaille d'or du CNRS 2021, ici au collège de France devant une table d’Ampère. Distingué pour ses travaux pionniers en physique de la matière quantique ultra-froide, Jean Dalibard a développé au sein du laboratoire Kastler-Brossel (CNRS/ENS-PSL/Sorbonne Université/Collège de France) un parcours unique d’expérimentateur et de théoricien. Académicien des sciences et professeur au Collège de France, ses recherches se situent au cœur de la physique des atomes…

Jean Dalibard, physicien lauréat de la médaille d'or du CNRS 2021 avec Chloé Maury et Brice Bakkali-Hassani, autour de la table optique d’une salle d’expérimentation du laboratoire Kastler-Brossel (LKB). Les deux doctorants et Jean Dalibard discutent de l’expérience en cours (condensat de Bose-Eistein). Distingué pour ses travaux pionniers en physique de la matière quantique ultra-froide, Jean Dalibard a développé au sein du LKB (CNRS/ENS-PSL/Sorbonne Université/Collège de France) un parcours…

Banc optique équipé d’un piège magnéto-optique constitué d’une cellule ultravide en verre. Le dispositif permet de piéger les atomes au centre de la cellule sur l’axe des bobines. Cette expérience est menée par l’équipe de Jean Dalibard, physicien lauréat de la médaille d'or du CNRS 2021 dans une des salles d’expérimentation du laboratoire Kastler-Brossel (LKB). Distingué pour ses travaux pionniers en physique de la matière quantique ultra-froide, Jean Dalibard a développé au sein du LKB (CNRS…

Discussion autour des méthodes quantiques pour l'optimisation et l'apprentissage. Les algorithmes quantiques peuvent améliorer notre capacité à résoudre des problèmes difficiles d'optimisation ou d'apprentissage. Ces algorithmes utilisent les ordinateurs quantiques pour coder l'information et faire des calculs d'une manière exponentiellement plus rapide pour certains problèmes que les supercalculateurs classiques. Cela ouvre la voie à de nouvelles applications dans plusieurs domaines, dont les…

L'une des possibilités pour réaliser des mémoires quantiques est d'utiliser un cristal d'une grande pureté et d'y incorporer des spins (flèches rouges) qui en deviennent des qubits. Dans certaines conditions il est même possible de faire communiquer les spins par l’intermédiaire du réseau. Cette image a été réalisée avec le logiciel 3D Blender.

Simulation d'une carte brownienne, modèle de géométrie aléatoire. L'unification de la physique quantique et de la relativité générale reste l'un des grands défis de la science contemporaine. Elle semble demander, a minima, de disposer de bons concepts mathématiques de "géométrie aléatoire", une notion pourtant redoutablement difficile à formaliser. Les cartes browniennes en sont un modèle mathématique simplifié dans le cas d'un espace-temps qui n'aurait que deux dimensions. Elles peuvent être…

Simulation d'une carte brownienne, modèle de géométrie aléatoire. L'unification de la physique quantique et de la relativité générale reste l'un des grands défis de la science contemporaine. Elle semble demander, a minima, de disposer de bons concepts mathématiques de "géométrie aléatoire", une notion pourtant redoutablement difficile à formaliser. Les cartes browniennes en sont un modèle mathématique simplifié dans le cas d'un espace-temps qui n'aurait que deux dimensions. Elles peuvent être…

Positionnement d'un cryostat compact pour installer une source de photons uniques fibrée, appelée aussi source de qubits photoniques. La start-up Quandela, fondée en 2017 par Valérian Giesz, Niccolo Somaschi et Pascale Senellart (directrice de recherche CNRS), travaille sur ces qubits photoniques. Cette approche permet une exploitation simultanée de dizaines de qubits. Le qubit est l’unité de stockage de l’information qui indique la force de calcul des ordinateurs quantiques. La start-up…

Cryostat noir dans lequel se trouve une source de photons uniques non visible (qubits photoniques). Les photons émis sont collectés dans une fibre optique en utilisant un microscope confocal positionné au-dessus de la chambre du cryostat. La start-up Quandela, fondée en 2017 par Valérian Giesz, Niccolo Somaschi et Pascale Senellart (directrice de recherche CNRS), travaille sur ces qubits photoniques. Cette approche permet une exploitation simultanée de dizaines de qubits. Le qubit est l’unité…

Profil de densité de l'écoulement annulaire, à une vitesse supersonique de 7 mm/s (correspondant à Mach 15), d'un gaz quantique superfluide composé d'atomes de rubidium, à quelques dizaines de nanokelvins. Un superfluide est un liquide ou un gaz qui devient parfaitement non visqueux à très basse température (quelques kelvins à plusieurs centaines de nanokelvins selon les fluides). A vitesse modérée, il peut donc s’écouler sans frottement (sans excitation des atomes) mais au-delà d’une certaine…

Serrage des vis pour fixer la source de photons uniques (qubits photoniques) dans la chambre d'un cryostat. La start-up Quandela, fondée en 2017 par Valérian Giesz, Niccolo Somaschi et Pascale Senellart (directrice de recherche CNRS), travaille sur ces qubits photoniques. Cette approche permet une exploitation simultanée de dizaines de qubits. Le qubit est l’unité de stockage de l’information qui indique la force de calcul des ordinateurs quantiques. La start-up fabrique des sources à base de…

Observation d’une source de photons uniques fibrée, appellée aussi source de qubits photoniques, et vérification du collage de la fibre à la surface. La start-up Quandela, fondée en 2017 par Valérian Giesz, Niccolo Somaschi et Pascale Senellart (directrice de recherche CNRS), travaille sur ces qubits photoniques. Cette approche permet une exploitation simultanée de dizaines de qubits. Le qubit est l’unité de stockage de l’information qui indique la force de calcul des ordinateurs quantiques. La…

Déchargement d'une puce quantique après la déposition de nanotubes de carbone sur une puce électronique "nue". Cette opération sensible est réalisée dans une chambre à vide afin de préserver les nanotubes de carbone et de les protéger des altérations. Cette puce est intégrée dans un processeur utilisé pour développer un ordinateur quantique. La start-up C12 Quantum Electronics, cofondée en janvier 2020 par Matthieu et Pierre Desjardins, développe des processeurs quantiques de haute fidélité,…

Déchargement d'une puce quantique après la déposition de nanotubes de carbone sur une puce électronique "nue". Cette opération sensible est réalisée dans une chambre à vide afin de préserver les nanotubes de carbone et de les protéger des altérations. Cette puce est intégrée dans un processeur utilisé pour développer un ordinateur quantique. La start-up C12 Quantum Electronics, cofondée en janvier 2020 par Matthieu et Pierre Desjardins, développe des processeurs quantiques de haute fidélité,…

Travail au tableau sur des modèles théoriques utiles au développement d'un futur ordinateur quantique. La start-up C12 Quantum Electronics, cofondée en janvier 2020 par Matthieu et Pierre Desjardins, développe des processeurs quantiques de haute fidélité, grâce à un matériau élémentaire, le nanotube de carbone. Ce matériau ayant une interface minimale avec son environnement, le qubit de ce processeur a une probabilité très faible d’erreurs. Le nombre de qubit, qui est l’unité de stockage de l…

Arnaud Landragin (au second plan), lauréat de la médaille de l’Innovation du CNRS 2020, aux côtés de Leonid Sidorenkov (au premier plan) près d’une source d'atomes froids. Cette dernière est en cours de caractérisation et fait partie du projet MIGA (antenne gravitationnelle à ondes de matière) auquel participe l'équipe d'Arnaud Landragin et qui sera positionné au Laboratoire souterrain bas bruit (LSBB). Arnaud Landragin est lauréat de la médaille de l’Innovation du CNRS 2020. Directeur de…

Extraction des puces du réacteur, sur lesquelles ont été synthétisés les nanotubes de carbone. Ils seront ensuite intégrés dans un processeur utilisé pour développer un ordinateur quantique. La start-up C12 Quantum Electronics, cofondée en janvier 2020 par Matthieu et Pierre Desjardins, développe des processeurs quantiques de haute fidélité, grâce à un matériau élémentaire, le nanotube de carbone. Ce matériau ayant une interface minimale avec son environnement, le qubit de ce processeur a une…

Alignement d'un laser au sein de l'expérience BIARO au cours de laquelle une cavité optique à haute finesse est utilisée pour piéger et manipuler des atomes de rubidium froids et ultrafroids (température inférieure à 1 microkelvin). Il s'agit d'une expérience d'électrodynamique quantique en cavité (QED) dans laquelle est réalisée une transition de phase : des atomes froids passent à un condensat de Bose-Einstein. L'objectif est de réaliser des mesures quantiques avec une précision supérieure à…

Réglage de l’injection d'une fibre à cristal photonique par un laser femtoseconde (ultrarapide). Les différentes couleurs du laser (partie visible du spectre) sont séparées en passant à travers un prisme à la sortie de cette fibre. Il est ainsi possible d'observer les couleurs du laser grâce à leur projection sur un écran. Expérience de métrologie quantique avec des peignes de fréquences.

Prototype de puce Cat-Qubits mise au point par la start-up Alice & Bob qui développe un ordinateur quantique à Qubits à auto-correction (appelé Cat-Qubits). Le qubit est l’unité de stockage de l’information qui indique la force de calcul des ordinateurs quantiques. Alice & Bob a été cofondée en février 2020 par Théau Peronnin, président, issu du Laboratoire de physique de l’ENS Lyon et Raphaël Lescanne, directeur technique, issu du Laboratoire de physique de l’ENS Paris. Elle vise à augmenter…

Salle blanche dans laquelle sont fabriquées les puces destinées à recevoir les nanotubes de carbone. Ils seront ensuite intégrés dans un processeur utilisé pour développer un ordinateur quantique. La start-up C12 Quantum Electronics, cofondée en janvier 2020 par Matthieu et Pierre Desjardins, développe des processeurs quantiques de haute fidélité, grâce à un matériau élémentaire, le nanotube de carbone. Ce matériau ayant une interface minimale avec son environnement, le qubit de ce processeur a…

Réacteur dans lequel sont synthétisés les nanotubes de carbone à partir de méthane et grâce à un catalyseur. Ils seront ensuite intégrés dans un processeur utilisé pour développer un ordinateur quantique. La start-up C12 Quantum Electronics, cofondée en janvier 2020 par Matthieu et Pierre Desjardins, développe des processeurs quantiques de haute fidélité, grâce à un matériau élémentaire, le nanotube de carbone. Ce matériau ayant une interface minimale avec son environnement, le qubit de ce…

Test sous pointe à température ambiante sur un prototype de puce Cat-Qubits. Ce prototype a été mis au point par la start-up Alice & Bob qui développe un ordinateur quantique à Qubits à auto-correction (appelé Cat-Qubits). Le qubit est l’unité de stockage de l’information qui indique la force de calcul des ordinateurs quantiques. Alice & Bob a été cofondée en février 2020 par Théau Peronnin, président, issu du Laboratoire de physique de l’ENS Lyon et Raphaël Lescanne, directeur technique, issu…

Scientifique visualisant le signal de contrôle de fréquence d’un laser à cascade quantique à 10 microns. Ce laser est stabilisé sur un peigne de fréquences, lui-même stabilisé sur une référence de fréquence optique transmise par une fibre optique de 43 km du LPL (Laboratoire de Physique des Lasers) à Villetaneuse, au SYRTE (Système de Référence Espace-Temps) à Paris, et raccordée aux horloges atomiques du SYRTE.

Réglage de la position d'un cristal dans un dispositif optique de somme de fréquences pour un laser à cascade quantique à 10 microns et un peigne de fréquence. Ce peigne de fréquences est stabilisé sur une référence de fréquence optique transmise par une fibre optique de 43 km du LPL(Laboratoire de Physique des Lasers) à Villetaneuse, au SYRTE (Système de Référence Espace-Temps) à Paris, raccordée aux horloges atomiques du SYRTE, et distribuée localement au LPL. Il sert à contrôler la fréquence…

Scientifique optimisant l’injection d’un laser dans un spectromètre optique. L’ensemble du dispositif permet de contrôler la fréquence d’un laser à cascade quantique à 10 microns sur un peigne de fréquences au LPL (Laboratoire de Physique des Lasers) à Villetaneuse. Ce peigne est lui-même stabilisé sur une référence de fréquence optique transmise par une fibre optique de 43 km du LPL au SYRTE (Système de Référence Espace-Temps) à Paris, et raccordée aux horloges atomiques du SYRTE.

Prototype d’horloge atomique, développé à Sorbonne Université. Cette plateforme expérimentale est utilisée par les étudiants de licence et de master pour découvrir la physique atomique, et plus particulièrement la levée de dégénérescence des niveaux quantiques et la spectroscopie atomique. Ils peuvent ainsi appréhender le fonctionnement d’une horloge via l’asservissement d’un oscillateur local sur une résonance de l’atome de césium 133, qui définit la seconde depuis 1967. Un spectre de sept…

Mise en place d'un échantillon au sein d'un banc de mesure optoélectronique pour la caractérisation de cellules photovoltaïques en arséniure de gallium (GaAs). La versatilité de cette expérience est grande car elle permet des mesures de réflexion, de transmission, d'absorption, des mesures de courant-tension dans le noir et sous un soleil, ainsi que des mesures de rendement quantique externe d’une grande résolution spectrale.

Mesure du rendement quantique externe d'une cellule photovoltaïque en arséniure de gallium (GaAs). Ce banc de mesure optoélectronique permet la caractérisation de cellules photovoltaïques en arséniure de gallium (GaAs). La versatilité de cette expérience est grande car elle permet des mesures de réflexion, de transmission, d'absorption, des mesures de courant-tension dans le noir et sous un soleil, ainsi que des mesures de rendement quantique externe d’une grande résolution spectrale.

Scientifique optimisant un montage optique de comparaison de fréquence utilisant un peigne de fréquence optique d’un laser à impulsions femtosecondes. Ce peigne de fréquences est stabilisé sur une référence de fréquence optique transmise par une fibre optique de 43 km du LPL (Laboratoire de Physique des Lasers) à Villetaneuse, au SYRTE (Système de Référence Espace-Temps) à Paris, raccordée aux horloges atomiques du SYRTE, et distribuée localement au LPL. Il sert à contrôler la fréquence d’un…

Enceinte à vide de piégeage d’atomes d’un capteur de forces à courtes distances ForCa-G (Force de Casimir et Gravitation à courte distance). A l’intérieur de cette enceinte se trouve un support en céramique blanc qui maintient un miroir au voisinage duquel seront piégés des centaines de milliers d’atomes dans un volume de quelques microns. Tout d’abord piégés dans une enceinte à vide située à la base de l’installation, les atomes sont envoyés dans cette seconde enceinte, au sommet de l…

Réglage d'un prisme et observation des différentes couleurs du laser (partie visible du spectre) qui sont séparées en passant à travers ce prisme, en sortie d’une fibre photonique. Il est ainsi possible d'observer les couleurs du laser grâce à leur projection sur un écran. Un laser ultrarapide est composé d’une multitude de raies fines et régulières de fréquence temporelle (couleurs), comme un peigne. Celui-ci peut être utilisé comme une règle très précise. Expérience de métrologie quantique…

Mise en place d'un échantillon de graphène pour une observation de la morphologie de sa surface par microscopie à force atomique, au Centre de recherche sur l'hétéro-épitaxie et ses applications (CRHEA). Les chercheurs ont démontré que les propriétés électroniques du graphène permettent de réaliser un étalon de résistance électrique très précis, pratique et compatible avec des dispositifs de refroidissement sans hélium. Pour cela, ils réalisent une croissance de graphène par dépôt chimique en…

Discussion au poste de commande et d'analyse d'une expérience qui refroidit des vapeurs de lithium à de très basses températures, proches du zéro absolu. Comme l'électron, un des isotopes présent dans ces vapeurs est un fermion. L'expérience permet d'étudier les gaz de fermions ultrafroids, dont les étonnantes propriétés ne s’expliquent que grâce à la mécanique quantique. Les scientifiques les étudient pour comprendre une grande variété de systèmes, qui vont des métaux aux étoiles à neutrons.

Chambre d'ultravide dans laquelle sont refroidis des atomes de dysprosium. Un jet atomique est ralenti au moyen de la pression de radiation exercée par un laser résonnant sur une transition atomique dans le bleu. Les atomes sont ensuite pris dans un piège magnéto-optique utilisant des lasers proches d'une transition optique dans le rouge. Les scientifiques essaient dans cette expérience de créer les conditions de formation de particules exotiques, c’est-à-dire peu connues, les particules de…

Génération non linéaire de lumière laser à 626 nm. Le laser de piégeage des atomes de dysprosium est produit par somme de fréquences de deux lasers infrarouges dans un cristal non linéaire. Les scientifiques essaient dans cette expérience de créer les conditions de formation de particules exotiques, c’est-à-dire peu connues, les particules de Majorana. Pour cela, ils refroidissent des atomes de dysprosium, un métal à la structure électronique riche. Ces recherches pourraient être utilisées pour…

Alignement des différents éléments optiques d'un microscope confocal. Il est utilisé pour analyser la statistique de clignotement d'une boîte quantique, un nanocristal de semi-conducteur. Sa petite taille lui confère des propriétés optiques directement liées à un effet quantique dû au confinement des charges. Lorsqu'elle est excitée en continu par un laser, la boîte quantique a la propriété atypique de clignoter. L'analyse statistique des périodes allumées et éteintes permet de mieux comprendre…