Comprendre et exploiter les effets quantiques atomiques
De nouveaux groupes de jeunes chercheurs renforcent la photonique quantique de Stuttgart
Les premiers groupes de jeunes chercheurs ont commencé à travailler au Centre de photonique quantique de la Fondation Carl Zeiss (CZS Center QPhoton), où trois universités mèneront ensemble des recherches sur les nouvelles technologies quantiques depuis 2022. Ils sont dirigés respectivement par la physicienne Dr Laëtitia Farinacci et le physicien Dr Stephan Welte et sont basés à l'université de Stuttgart. La forte recherche quantique de Stuttgart offre aux deux groupes un cadre idéal.
Le Dr Stephan Welte dirige le nouveau groupe de jeunes chercheurs CZS en photonique quantique "Nœuds de réseau quantiques".
Uli Regenscheit / Universität Stuttgart
"Stuttgart est extrêmement stimulante sur le plan intellectuel pour mes recherches sur les technologies quantiques", explique Farinacci. "Et grâce à la collaboration dans le cadre de QPhoton, je peux accéder à un réseau dans lequel des thèmes de recherche étroitement liés sont traités". Welte apprécie également l'environnement idéal. "Il y a ici beaucoup d'expertise théorique et expérimentale pour mon travail. De plus, les autres sites de QPhoton à Ulm et Iéna ainsi que le Center for Integrated Quantum Science and Technology, l'IQST, situé à Ulm et Stuttgart, constituent un réseau de recherche idéal".
Welte et Farinacci dirigent à Stuttgart les deux premiers groupes de jeunes chercheurs du Carl-Zeiss-Stiftung Center für Quantenphotonik (CZS Center QPhoton). Au CZS Center QPhoton, des scientifiques* de trois universités mènent depuis 2022 des recherches intersites sur des thèmes d'innovation de la technologie quantique. Le centre est financé par la fondation Carl Zeiss à hauteur de 12 millions d'euros. QPhoton offre désormais aux jeunes chercheurs* d'exception la possibilité de créer des groupes de recherche indépendants. Au total, quatre groupes de jeunes chercheurs seront financés avec un budget pouvant atteindre 700 000 euros sur cinq ans, dont deux à Stuttgart.
Dr Stephan Welte : recherche pour les réseaux quantiques
L'objectif du groupe de jeunes chercheurs CZS en photonique quantique de Stephan Welte, basé au 5e Institut de physique de l'Université de Stuttgart, est de mettre en place une expérience de transmission d'informations dans un réseau quantique. Welte utilise pour cela des atomes comme qubits. Les qubits sont les plus petites unités d'information sur lesquelles repose le fonctionnement des ordinateurs quantiques et des réseaux quantiques. Sur la base des qubits, il est non seulement possible de calculer certaines tâches plus rapidement, mais aussi de transmettre des informations de manière sécurisée.
Avec son équipe, Welte veut construire en laboratoire un ordinateur quantique capable de conserver les propriétés spécifiques des qubits atomiques et de les répartir. A partir de tels nœuds individuels, il serait possible de construire un réseau complet, un réseau quantique. "J'aimerais réaliser à Stuttgart un petit ordinateur quantique avec une interface réseau, qui pourrait être relié à d'autres ordinateurs quantiques pour former un Internet quantique", explique Welte.
La nouvelle expérience est un dispositif expérimental sur mesure pour les applications de réseau quantique prévues. Deux postes de doctorants sont prévus. "De plus, il y aura dès maintenant des projets intéressants pour des travaux de bachelor et de master", ajoute le physicien. Son objectif est de pouvoir positionner et adresser individuellement tous les atomes de manière très contrôlée dans un espace situé entre deux miroirs hautement réfléchissants. Les miroirs ne sont séparés que d'un demi-millimètre. "Le contrôle des atomes est possible avec une lumière laser, avec ce que l'on appelle des pincettes optiques - dans le vide, à des températures extrêmement basses", explique le physicien.
Dr Laëtitia Farinacci : recherche pour les qubits magnétiques
Farinacci Le groupe de jeunes chercheurs CZS en photonique quantique étudie les propriétés magnétiques des atomes - un sujet sur lequel elle travaille depuis son doctorat.
"Nous reproduisons des atomes sur des surfaces", explique Farinacci. "Pour comprendre la nature quantique des atomes, la technologie est désormais si avancée qu'elle nous permet d'explorer différentes méthodes d'enregistrement de vidéos atomiques". Or, ce sont justement les changements rapides et temporels qui sont extrêmement intéressants pour mieux comprendre fondamentalement le comportement magnétique dynamique des matériaux à des échelles de longueur de l'ordre du nanomètre.
De telles expériences sont importantes, car elles pourront par exemple aider à l'avenir à mieux comprendre les qubits, qui reposent sur des effets quantiques magnétiques. Il serait alors possible de mieux contrôler les qubits que ce n'est le cas aujourd'hui, soit en prolongeant la durée pendant laquelle ces qubits conservent leurs propriétés quantiques, soit en contrôlant ces propriétés quantiques de manière dynamique. Cela permettrait d'obtenir des ordinateurs quantiques plus puissants.
Le groupe de recherche de Farinacci est rattaché au professeur Sebastian Loth à l'Institut de la matière fonctionnelle et des technologies quantiques (FMQ). "Nos expertises se complètent parfaitement", explique la physicienne. Il y aura au moins un poste de doctorant dans le groupe de jeunes chercheurs en photonique quantique de CZS, et les étudiants pourront également y rédiger leur mémoire de licence ou de master.
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