{"id":19675,"date":"2022-02-16T20:18:40","date_gmt":"2022-02-16T19:18:40","guid":{"rendered":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/?p=19675"},"modified":"2022-02-23T16:49:31","modified_gmt":"2022-02-23T15:49:31","slug":"decode-quantum-avec-pascal-febvre","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2022\/decode-quantum-avec-pascal-febvre\/","title":{"rendered":"Decode Quantum avec Pascal Febvre"},"content":{"rendered":"<p>Dans le 39<sup>e<\/sup> entretien <strong>Decode Quantum<\/strong>, <strong>Fanny Bouton<\/strong> et moi-m\u00eame accueillons <strong>Pascal Febvre <\/strong>pour parler d&#8217;\u00e9lectronique supraconductrice. Il est aussi diffus\u00e9 sur <a href=\"https:\/\/www.frenchweb.fr\/decode-quantum-a-la-rencontre-de-daniel-esteve-pionnier-des-qubits-supraconducteurs\/432049\">Frenchweb<\/a>.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2022\/decode-quantum-avec-pascal-febvre\/pascal-febve\/\" rel=\"attachment wp-att-19684\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-full wp-image-19684\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Pascal-Febve.jpg\" alt=\"\" width=\"200\" height=\"199\" srcset=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Pascal-Febve.jpg 200w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Pascal-Febve-150x150.jpg 150w\" sizes=\"auto, (max-width: 200px) 100vw, 200px\" \/><\/a><\/p>\n<p>Pascal est ing\u00e9nieur de l\u2019ESPCI (\u00c9cole Sup\u00e9rieure de Physique et Chimie Industrielles de la Ville de Paris). Il a ensuite fait une th\u00e8se en instrumentation astrophysique \u00e0 l\u2019Observatoire de Paris. Il est actuellement enseignant-chercheur de l\u2019Universit\u00e9 Savoie Mont Blanc, bas\u00e9 \u00e0 Chamb\u00e9ry. Il est sp\u00e9cialis\u00e9 dans l\u2019\u00e9lectronique supraconductrice, un domaine assez m\u00e9connu des applications des technologies quantiques, qui a des liens, nous le verrons avec les capteurs quantiques et le calcul quantique.<\/p>\n<p><iframe loading=\"lazy\" src=\"https:\/\/widget.spreaker.com\/player?episode_id=48737796&amp;theme=light&amp;playlist=false\" width=\"100%\" height=\"200px\" frameborder=\"0\"><\/iframe><\/p>\n<p>Voici les points cl\u00e9s que nous avons abord\u00e9s lors de ce podcast :<\/p>\n<ul>\n<li>Comment Pascal a d\u00e9couvert la physique quantique ? Sa th\u00e8se portait sur la cr\u00e9ation de d\u00e9tecteurs supraconducteurs pour les applications de la radioastronomie, dans le champ de la physique de la mati\u00e8re condens\u00e9e \u00e0 l\u2019\u00e9tat solide. C&#8217;est le m\u00eame champ d&#8217;application que celui des d\u00e9buts de Daniel Esteve que nous avions re\u00e7u dans le <a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2022\/decode-quantum-avec-daniel-esteve-du-cea\/\">pr\u00e9c\u00e9dent entretien<\/a> Decode Quantum.<\/li>\n<li>Quel \u00e9tait le sujet de sa th\u00e8se ? Il s&#8217;agissait du \u00ab D\u00e9veloppement de m\u00e9langeurs hyperfr\u00e9quences supras de d\u00e9tecteurs h\u00e9t\u00e9rodynes \u00bb pour la d\u00e9tection de signaux \u00e0 haute fr\u00e9quence, pour identifier l\u2019oxyg\u00e8ne dans les \u00e9toiles et galaxies. Cela correspond \u00e0 des raies spectrales de plusieurs centaines de GHz.\u00a0 MaLa d\u00e9tection porte sur l&#8217;amplitude et la phase des photons re\u00e7us. Le signal re\u00e7u est m\u00e9lang\u00e9 avec un signal local pour r\u00e9aliser des sommes et diff\u00e9rences de fr\u00e9quences. La signal est amplifiable et filtrable ce qui permet de s\u00e9parer les signaux faibles du bruit. L&#8217;accumulation du signal se fait dans le temps avec un bruit qui est proportionnel \u00e0 la racine du temps. Ce genre de d\u00e9tection est moins exigeant que pour les raies spectrales de d\u2019hydrog\u00e8ne (dans les 1,4 GHz).<\/li>\n<li>Comment cette d\u00e9tection a \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9e dans des\u00a0ballons pour \u00eatre en altitude (avec l&#8217;ESA et le CNRS et la Su\u00e8de). Les capteurs sont refroidis \u00e0 4K. Les ballons partaient de l\u2019Adour dans les Landes et volaient pendant une journ\u00e9e. De tels d\u00e9tecteurs ont ensuite \u00e9t\u00e9 install\u00e9s dans les t\u00e9lescopes spatiaux Herschel et Planck au point de Lagrange L2 (comme le JWST qui vient d&#8217;\u00eatre lanc\u00e9). Ces t\u00e9lescopes spatiaux embarquaient un r\u00e9servoir d\u2019h\u00e9lium liquide pour le refroidissement des capteurs. Herschel a \u00e9t\u00e9 op\u00e9rant de 2009 \u00e0 2013 avec 2300 litres d&#8217;h\u00e9lium liquide. Planck a fonctionn\u00e9 sur la p\u00e9riode 2009-2012, avec deux r\u00e9servoirs d&#8217;h\u00e9lium 3 (12 000 litres de gas comprim\u00e9) et d&#8217;h\u00e9lium 4 (36 000 litres de gas comprim\u00e9) permettant de refroidir les instruments jusqu&#8217;\u00e0 100 mK.<\/li>\n<li>Pascal nous raconte l\u2019histoire et les caract\u00e9ristiques de l\u2019\u00e9lectronique supraconductrice. Il y a des capteurs utilis\u00e9s sous forme de supraconducteurs passifs pour des thermom\u00e8tres et bolom\u00e8tres. Leur r\u00e9sistance change lorsqu&#8217;un photon est d\u00e9tect\u00e9. Les <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Superconducting_nanowire_single-photon_detector\">SNSPD<\/a> \u00e0 base de nanofils captent des photons uniques avec un bon rapport signal\/bruit. Les composants supraconducteurs sont aussi utilis\u00e9s en \u00e9lectronique analogique ou num\u00e9rique.<\/li>\n<li>Ils sont r\u00e9alis\u00e9s en g\u00e9n\u00e9ral \u00e0 base de niobium ou d&#8217;aluminium sur un substrat silicium ou en sapphire. On parle de la taille de ces composants. A noter que pour un qubit supraconducteur, l&#8217;encombrement principal vient des r\u00e9sonateurs utilis\u00e9s notamment pour la lecture de l&#8217;\u00e9tat des qubits. La taille des r\u00e9sonateurs est li\u00e9e \u00e0 la longueur d\u2019onde des micro-ondes de pilotage. Ils font quelques centim\u00e8tres (mais en serpentins).<\/li>\n<li>On \u00e9voque les travaux d&#8217;IBM dans l&#8217;\u00e9lectronique supraconductrice, notamment pour cr\u00e9er un oscilloscope. Les proc\u00e9d\u00e9s\u00a0 de l&#8217;\u00e9poque n&#8217;\u00e9taient pas au point. On utilisait du plomb au lieu du niobium ou de l&#8217;aluminium. Cela supportait mal les variations de temp\u00e9ratures. Le refroidissement \u00e0 4K n\u2019\u00e9tait pas \u00e9vident \u00e0 l\u2019\u00e9poque. On arrivait \u00e0 supporter des fr\u00e9quences jusqu&#8217;\u00e0 8 GHz mais ce n\u2019\u00e9tait pas assez disruptif.<\/li>\n<li>Viennent alors les contributions du Russe <strong>Konstantin Likharev<\/strong> au milieu des ann\u00e9es 1980 (aussi \u00e9voqu\u00e9 dans le podcast avec Daniel Esteve) qui d\u00e9couvre comment obtenir des composants \u00e9lectroniques commutant en d\u00e9pensant une tr\u00e8s faible quantit\u00e9 d&#8217;\u00e9nergie gr\u00e2ce \u00e0 la physique des bosons que sont les paires de Cooper d&#8217;\u00e9lectrons supraconducteurs. La commutation consomme un million de fois moins d&#8217;\u00e9nergie\u00a0qu\u2019un transistor CMOS.<\/li>\n<li>Nous passons au <strong>RSFQ<\/strong> (rapid single flux quantum), une technologie invent\u00e9e en Russie sovi\u00e9tique en 1985 pour cr\u00e9er des portes logiques binaires \u00e0 base de jonctions Josephson.\u00a0<strong>Oleg Mukhanov<\/strong> en \u00e9tait le doctorant de l\u2019inventeur. L&#8217;\u00e9quipe russe a \u00e9t\u00e9 r\u00e9cup\u00e9r\u00e9e autour de 1991, \u00e0 la fin de l&#8217;Union Sovi\u00e9tique, par les Am\u00e9ricains, \u00e0 l&#8217;Universit\u00e9 Stonybrook de New York. L&#8217;\u00e9quipe a ensuite int\u00e9gr\u00e9 la startup <strong>Hypres<\/strong>, alors une spin-off d&#8217;IBM. Cette soci\u00e9t\u00e9 rassemblait des \u00e9quipes provenant aussi du Liban et d&#8217;Inde. La soci\u00e9t\u00e9 a ensuite \u00e9t\u00e9 d\u00e9coup\u00e9e en deux parties,\u00a0<strong>Hypres<\/strong>\u00a0(conservant les activit\u00e9s hautes fr\u00e9quences, notamment pour les applications militaires) et <strong>SeeQC<\/strong> (pour la cryo\u00e9lectronique de contr\u00f4le de qubits supraconducteurs).<\/li>\n<\/ul>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2022\/decode-quantum-avec-pascal-febvre\/sfq-circuit\/\" rel=\"attachment wp-att-19736\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone  wp-image-19736\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/SFQ-circuit-1024x768.jpg\" alt=\"\" width=\"309\" height=\"232\" srcset=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/SFQ-circuit-1024x768.jpg 1024w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/SFQ-circuit-300x225.jpg 300w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/SFQ-circuit-768x576.jpg 768w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/SFQ-circuit.jpg 1280w\" sizes=\"auto, (max-width: 309px) 100vw, 309px\" \/><\/a><\/p>\n<ul>\n<li>Pascal explique pourquoi cette \u00e9lectronique supraconductrice est tr\u00e8s utile dans le contr\u00f4le des qubits supraconducteurs, pour pr\u00e9parer le qubit, le modifier et en lire l&#8217;\u00e9tat, et pour \u00e9viter les nombreux c\u00e2bles de contr\u00f4le des qubits existants. Il la positionne par rapport \u00e0 l&#8217;\u00e9lectronique\u00a0cryoCMOS qui fonctionne habituellement entre 4K et 20K (en fait, on sait descendre \u00e0 20 mK, notamment au CEA). Mais cette \u00e9lectronique g\u00e9n\u00e8re du bruit et de la dissipation \u00e9nerg\u00e9tique. Elle est aussi relativement lente.<\/li>\n<li>On parle aussi de la conversion des signaux analogiques et num\u00e9riques (DAC et ADC) qui sont aussi r\u00e9alisables en \u00e9lectronique supraconductrice, aussi d\u00e9velopp\u00e9s par Hypres\/SeeQC. Elle monte \u00e0 plusieurs dizaines de GHz. Les\u00a0SFQ peuvent \u00e9chantillonner des signaux jusqu\u2019\u00e0 100 GHz, ce qui marche tr\u00e8s bien sur un signal analogique de 6 GHz sortant des qubits supraconducteurs.<\/li>\n<li>Pascal \u00e9voque son r\u00f4le de chercheur, travaillant sur l&#8217;\u00e9lectronique SFQ. Il nous d\u00e9crit l&#8217;\u00e9cosyst\u00e8me mondial dans le domaine avec les fabs de composants supraconducteurs en Allemagne, Italie, Japon et USA, notamment au Lincoln Lab du MIT.<\/li>\n<li>Il nous parle aussi de son activit\u00e9 d&#8217;enseignant \u00e0 l&#8217;Universit\u00e9 Savoie Mont-Blanc, en niveau master et licence. Il enseigne en France sur la physique statistique, en astrophysique et \u00e9lectromagn\u00e9tisme. Il enseigne aussi sur les RSFQ \u00e0 l\u2019\u00e9tranger dans le cadre d\u2019\u00e9changes dans la recherche.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Pour en savoir plus sur l&#8217;\u00e9lectronique supraconductrice, voir l&#8217;article <a title=\"Permalink\" href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2020\/electronique-supraconductrice\/\">L\u2019\u00e9lectronique supraconductrice<\/a> que j&#8217;ai publi\u00e9 en juin 2020 et le chapitre correspondant dans l&#8217;ebook <a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2021\/understanding-quantum-technologies-2021\/\">Understanding Quantum Technologies<\/a>.<\/p>\n<p>Dans le prochain \u00e9pisode, nous accueillons <strong>Sara Ducci<\/strong> du laboratoire MPQ de l&#8217;Universit\u00e9 de Paris.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Dans le 39e entretien Decode Quantum, Fanny Bouton et moi-m\u00eame accueillons Pascal Febvre pour parler d&#8217;\u00e9lectronique supraconductrice. Il est aussi diffus\u00e9 sur Frenchweb. 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