L’Europe à l’heure quantique

 

La Commission Européenne lance un nouveau grand programme de recherche sur les technologies quantiques, appelé Flagship on Quantum Technologies. Doté d’un milliard d’euro sur 10 ans, il réunit forces académiques et industrielles autour de projets de recherche qui visent à exploiter des concepts particuliers et parfois contre-intuitifs de la physique quantique découverts dans les laboratoires et qui sont aujourd’hui suffisamment matures pour permettre l’émergence d’applications concrètes. C’est ce que l’on nomme la « seconde révolution quantique ». Ils promettent ainsi d’envisager, entre autres, des calculateurs avec des puissances inégalées, des capteurs ultra-sensibles pour le domaine médical, des outils de communication sécurisés inviolables ou encore des simulateurs permettant d’améliorer notre compréhension du monde…

Au sein de ce vaste programme qui implique des équipes dans toute l’Europe, deux projets, sélectionnés dans le cadre d’un appel très sélectif, impliquent le groupe de recherche de Philippe Goldner, Directeur de recherche CNRS à Chimie ParisTech et membre de l’Institut de Recherche de Chimie Paris. 

SQUARE : inventer l’ordinateur du futur

Alors que les ordinateurs classiques enchainent les tâches les unes après les autres, les ordinateurs quantiques peuvent en réaliser plusieurs en même temps. Résultat : une plus grande efficacité. 

Leur secret réside dans les bits quantiques ou quantum bits, une unité de stockage qui peut être créée dans certains matériaux. Et c’est là qu’intervient le groupe de Philippe Goldner, en collaboration avec d’autres équipes à travers l’Europe, pour développer des processeurs quantiques à partir de nano-cristaux dopés par ions de terres rares (tels que l’europium ou l’erbium), matériaux dans lesquels des propriétés quantiques peuvent être exploitées.

« En développant de nouveaux matériaux dopés par des terres rares, il est envisageable d’aller plus loin que les fameux 0 et 1, d’utiliser en quelque sorte des valeurs intermédiaires, ce qui offre la possibilité de faire plusieurs calculs en même temps et augmente les capacités des ordinateurs, » explique Philippe Goldner. 

Le projet SQUARE est financé à hauteur de 3 millions d’euros. Coordonné par le Professeur David Hunger du Karlsruhe Institute of Technology (Allemagne), il associe 6 groupes de recherche en Europe – Danemark, Suède, Espagne, France et Allemagne – et deux industriels, Thales en France and Attocube (Allemagne). 

ASTERIQS : de l’art d’utiliser les défauts du diamant

S’il est souvent associé à la perfection, le diamant n’en est pas moins attrayant - du moins pour les scientifiques si on y ajoute un défaut. Le projet ASTERIQS vise à exploiter l’un des défauts ponctuels du diamant obtenu par la substitution de 2 atomes de carbone par un atome d’azote et connu sous le nom de centre NV (pour nitrogen-vacancy en anglais ou azote-lacune). L’intérêt vient de la possibilité de manipuler les états quantiques de ce défaut et de visualiser son émission lumineuse dans le rouge. Celle-ci dépend de son environnement proche et est fortement influencée par un champ magnétique, électrique ou une contrainte extérieure même extrêmement faible. Grâce à cette particularité il est possible d’envisager la fabrication de détecteurs compacts présentant une sensibilité inégalée et des mesures à l’échelle nanométrique, tout en travaillant à température ambiante.  Les applications de ces capteurs ultra-sensibles couvrent de nombreux domaines :

  • La médecine aussi bien pour l’imagerie que le développement de laboratoires sur puce à des fins thérapeutiques ou diagnostiques
  • L’énergie pour contrôler les batteries
  • La biologie et la robotique via le développement de caméras photoélectriques 
  • L’industrie pharmaceutique pour déterminer la structure des molécules 

Chimie-ParisTech aura en charge l’étude des propriétés structurales et optiques des cristaux massifs et nanométriques de diamant produits en étroite collaboration avec le LSPM de l’université Paris 13. Il s’agira ainsi de mettre au point un matériau sur-mesure et optimisé pouvant être aisément intégré dans un démonstrateur.  ASTERIQS est coordonné par Thierry Debuisschert (Thales, France) et associe pas moins de 23 partenaires européens, académiques et industriels pour un budget total de 10 M€. 

Contacts :

Philippe Goldner: philippe.goldner@chimieparistech.psl.eu

Alexandre Tallaire : alexandre.tallaire @chimieparistech.psl.eu