La France et le CNRS mettent le cap sur le quantique

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.

Cartographie d'un "chat de Schrödinger". De la lumière a été piégée dans une "boite à photons" (une cavité résonante micro-onde) pendant un temps assez long pour en déterminer l'état quantique. Sur cet état "chat de Schrödinger", on observe deux pics positifs correspondant aux composantes classiques du "chat" et, entre elles, une structure d'interférence oscillante, avec des valeurs négatives typiques d'un état non classique (en bleu). En observant l'évolution de cet état, on peut "disséquer"…

Installation d'une puce supraconductrice dans son porte échantillon (circuit imprimé) et vérification de l'alignement des connecteurs. Ce prototype de puce Cat-Qubits est 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…

Réglage de la forme spatiale d'un faisceau laser bleu de pompe. Il est utilisé pour le processus non-linéaire en cavité produisant des états quantiques. Un laser femtoseconde (ultrarapide) est composé d’une multitude de raies fines et régulières de fréquence temporelle (couleurs), comme un peigne. Ses raies sont utilisées comme canaux pour propager la lumière dans différents états quantiques. L’objectif est d‘augmenter les possibilités de calcul et de transmission de l’information, et d…

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…

Table optique servant à caractériser et à sélectionner les nanotubes de carbone qui 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 probabilité très…

Observation des différentes couleurs du laser (partie visible du spectre) qui sont séparées en passant à travers un prisme, en sortie d’une fibre photonique. Il est possible d'observer ces couleurs grâce à leur dispersion sur le prisme et à la 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 avec…

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…

Réglage en fréquence d'un laser rouge, obtenu par somme de fréquence de deux lasers infrarouges. Ce laser est utilisé pour le piégeage laser des atomes de dysprosium. 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 concevoir un futur…

Eléments optiques utilisés pour séparer et mettre en forme des faisceaux lasers qui permettront de refroidir et d’observer des atomes de dysprosium. Les scientifiques étudient l'influence des interactions entre moments magnétiques du dysprosium sur la condensation de Bose-Einstein et la superfluidité. Ils s'intéressent également à la génération de champs de jauge artificiels dans ces gaz atomiques, en vue de créer une phase superfluide topologique. Ils s'attendent à trouver dans ce système des…

Expérience de spectroscopie à haute résolution de l'atome d'hydrogène : au premier plan, la source d'hydrogène (décharge rose). En arrière-plan, le laser d'excitation. La lumière laser envoyée sur un atome d’hydrogène permet de mesurer sa structure. La comparaison entre cette mesure et sa valeur théorique contribuera à déterminer des constantes fondamentales. C’est sur de telles constantes que s’appuiera en 2018 la redéfinition de quatre unités du système international : le kilogramme, le…

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.

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.

Réglage 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.

Réglage 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.

Expérience d’optique quantique, dans laquelle un chercheur observe comment la lumière traverse la matière. Il peut s'agir de milieux complexes comme de la peinture ou un tissu biologique. C'est un dispositif de génération de paires de photons indiscernables, qui seront ensuite envoyées dans une fibre multimode. L'objectif à long terme est de faire évoluer les techniques d'imagerie médicale ou le transfert d'information.

Expérience d’optique quantique, dans laquelle un chercheur observe comment la lumière traverse la matière. Il peut s'agir de milieux complexes comme de la peinture ou un tissu biologique. C'est un dispositif de génération de paires de photons indiscernables, qui seront ensuite envoyées dans une fibre multimode. L'objectif à long terme est de faire évoluer les techniques d'imagerie médicale ou le transfert d'information.

Expérience d’optique quantique, dans laquelle un chercheur observe comment la lumière traverse la matière. Il peut s'agir de milieux complexes comme de la peinture ou un tissu biologique. C'est un dispositif de génération de paires de photons indiscernables, qui seront ensuite envoyées dans une fibre multimode. L'objectif à long terme est de faire évoluer les techniques d'imagerie médicale ou le transfert d'information.

Cavité résonante micro-onde ("boîte à photons") à moitié montée. Seul le miroir supraconducteur inférieur est visible à l'image. Les photons micro-ondes se réfléchissent entre les deux miroirs supraconducteurs se faisant face et formant une cavité. Les quatre tiges servent à l'assemblage, elles sont entourées par quatre éléments piézoélectriques utilisés pour régler la distance entre les miroirs de la cavité. Ce dispositif permet de réaliser des expériences fondamentales de physique quantique.

Les deux miroirs supraconducteurs de la "boîte à photons" de l'Ecole Normale supérieure, dans laquelle les scientifiques ont enregistré la vie et la mort d'un photon unique. Ces miroirs sont en cuivre et recouverts par une mince couche de niobium. Ils sont refroidis à une température proche du zéro absolu. Cette expérience fait partie de la recherche fondamentale en physique quantique.

Serge Haroche, prix Nobel de Physique 2012 et médaille d'or du CNRS 2009, et son collaborateur, Igor Dotsenko examinant une cavité "piège à photons". Serge Haroche est un spécialiste de la physique atomique et de l'optique quantique. Il est l'un des fondateurs de l'électrodynamique quantique en cavité, domaine qui permet de mieux comprendre le monde quantique et de réaliser des prototypes de systèmes de traitement quantique de l'information. Professeur au Collège de France, titulaire de la…

Deux piliers couplés formant "une molécule photonique" vus au microscope électronique à balayage. Une boîte quantique semi-conductrice de taille nanométrique, insérée dans cette molécule, émet une paire de photons intriqués par impulsion excitatrice. Deux photons sont intriqués si les propriétés de l'un dépendent de celles de l'autre, quelle que soit la distance les séparant. L'intrication présente un grand potentiel d'application dans des domaines comme la cryptographie ou l'informatique. La …

Illustration du jonglage avec des photons. Le jonglage utilise des boucles de rétroaction complexes, de l’œil à la main en passant par le cerveau. La rétroaction quantique est beaucoup plus difficile : le simple fait de regarder les balles change leur position ! Cette image illustre les travaux de chercheurs du LKB qui ont réussi à maintenir un nombre constant de photons dans une "boîte à photons", une cavité micro-onde de haute qualité formée de deux miroirs supraconducteurs.

Microscope électronique à balayage, dans une salle blanche du bâtiment Z de l'Institut Néel, utilisé à la fois comme outil d'observation et de fabrication à l'échelle nanométrique. Le faisceau d'électrons permet en effet de visualiser des circuits nanométriques mais aussi d'écrire directement sur un échantillon recouvert de résine électro-sensible. Des circuits dédiés à la physique fondamentale, à l'information quantique, sont ainsi fabriqués puis caractérisés dans ce même équipement.

Microscope électronique à balayage, dans une salle blanche du bâtiment Z de l'Institut Néel, utilisé à la fois comme outil d'observation et de fabrication à l'échelle nanométrique. Le faisceau d'électrons permet en effet de visualiser des circuits nanométriques mais aussi d'écrire directement sur un échantillon recouvert de résine électro-sensible. Des circuits dédiés à la physique fondamentale, à l'information quantique, sont ainsi fabriqués puis caractérisés dans ce même équipement.

Réglage des miroirs 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 celle…

Montage optique 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 celle…

Interféromètre à atomes de l’expérience MIGA, dont l'objectif est de développer un nouveau type de détecteurs d’ondes gravitationnelles basé sur l’interférométrie atomique. Un banc optique permet de créer les faisceaux laser ralentissant les atomes qui sont ensuite lancés à la verticale dans une enceinte à vide, et effectuent un vol balistique, au cours duquel la mesure de gravité est réalisée. Afin de le protéger des vibrations, ce dispositif sera, à terme, installé dans un laboratoire…

Piège magnéto-optique à deux dimensions permettant de refroidir un jet d'atomes de rubidium dans l'expérience MIGA, dont l'objectif est de développer un nouveau type de détecteurs d’ondes gravitationnelles basé sur l’interférométrie atomique. Un banc optique permet de créer les faisceaux laser ralentissant les atomes qui sont ensuite lancés à la verticale dans une enceinte à vide, et effectuent un vol balistique, au cours duquel la mesure de gravité est réalisée. Afin de le protéger des…

Vérification de l'asservissement en phase de deux lasers au moyen d'un analyseur de spectre pour l'expérience MIGA, dont l'objectif est de développer un nouveau type de détecteurs d’ondes gravitationnelles basé sur l’interférométrie atomique. Un banc optique permet de créer les faisceaux laser ralentissant les atomes qui sont ensuite lancés à la verticale dans une enceinte à vide, et effectuent un vol balistique, au cours duquel la mesure de gravité est réalisée. Afin de le protéger des…

Prototype de gradiomètre mesurant la variation de l’accélération de la pesanteur sur des atomes de rubidium en fonction de l’altitude. Deux accéléromètres atomiques, permettant de mesurer l’accélération d’atomes en chute libre, sont placés au sommet et à la base de l'installation. La variation d’accélération, ou gradiant, est obtenue en calculant la différence entre ces deux mesures. Une plateforme d’isolation sous le dispositif réduit les bruits de vibration qui limitent la sensibilité de la…

Zone de piégeage d'un prototype de gradiomètre mesurant la variation de l’accélération de la pesanteur sur des atomes de rubidium en fonction de l’altitude. Ce gradiomètre comprend deux accéléromètres atomiques placés à deux hauteurs différentes : celui qui est visible ici et un second en bas de l'installation, afin de mesurer l’accélération d’atomes en chute libre. La variation d’accélération, ou gradiant, est obtenue en calculant la différence entre ces deux mesures. Une plateforme d…

Zone de piégeage d'un prototype de gradiomètre mesurant la variation de l’accélération de la pesanteur sur des atomes de rubidium en fonction de l’altitude. Deux accéléromètres atomiques, permettant de mesurer l’accélération d’atomes en chute libre, sont placés au sommet et à la base de l'installation. La variation d’accélération, ou gradiant, est obtenue en calculant la différence entre ces deux mesures. Une plateforme d’isolation sous le dispositif réduit les bruits de vibration qui limitent…

Installation des faisceaux laser du gyromètre sur microcircuit à atomes froids GyrAChip (de l’anglais Gyrometer on an Atom Chip), élaboré dans l’objectif de créer un système de navigation inertielle sans GPS de quelques centimètres cubes. Ces faisceaux vont scinder en deux un nuage d'atomes et superposer les deux nuages obtenus, qui vont se propager à une vitesse très précise sur deux chemins opposés, selon une architecture en cercle. Si le véhicule équipé de ce gyromètre tourne autour de l'axe…

Gyromètre sur microcircuit à atomes froids GyrAChip (de l’anglais Gyrometer on an Atom Chip), élaboré dans l’objectif de créer un système de navigation inertielle sans GPS de quelques centimètres cubes. A partir d'un nuage d'atomes scindé en deux, un interféromètre superpose les deux nuages obtenus, qui vont se propager à une vitesse très précise sur deux chemins opposés, selon une architecture en cercle. Si le véhicule équipé de ce gyromètre tourne autour de l'axe perpendiculaire au plan de ce…

Microcircuit à atomes, noyau d’environ 25 cm² du gyromètre GyrAChip (de l’anglais Gyrometer on an Atom Chip), élaboré dans l’objectif de créer un système de navigation inertielle sans GPS de quelques centimètres cubes. A partir d'un nuage d'atomes scindé en deux, un interféromètre superpose les deux nuages obtenus, qui vont se propager à une vitesse très précise sur deux chemins opposés, selon une architecture en cercle (créé par l'architecture de fils microfabriqués de ce microcircuit). Si le…

Réglages du banc optique d’un gyromètre à atomes froids pour la mesure de vitesse de rotation. Ce banc génère différents lasers destinés à refroidir un nuage d’atomes, à le projeter à la verticale dans le gyromètre, en un vol balistique, au cours duquel ces atomes vont être interrogés pour réaliser de l’interférométrie atomique. Des boucliers magnétiques protègent l’installation des champs magnétiques extérieurs et une plateforme flottante l’isole autant que possible des vibrations du sol. Des…