{"id":20950,"date":"2023-02-15T18:12:28","date_gmt":"2023-02-15T17:12:28","guid":{"rendered":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/?p=20950"},"modified":"2023-02-15T18:23:29","modified_gmt":"2023-02-15T17:23:29","slug":"decode-quantum-avec-helene-perrin-du-lpl-et-de-quantip","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2023\/decode-quantum-avec-helene-perrin-du-lpl-et-de-quantip\/","title":{"rendered":"Decode Quantum avec H\u00e9l\u00e8ne Perrin du LPL et de QuanTiP"},"content":{"rendered":"<p>Ce 56e \u00e9pisode des entretiens Decode Quantum me permet d\u2019accueillir <strong>H\u00e9l\u00e8ne Perrin<\/strong>. J&#8217;\u00e9tais cette fois-ci sans Fanny Bouton qui \u00e9tait en d\u00e9placement dans le cadre de ses obligations professionnelles chez OVHcloud. Ces entretiens sont aussi diffus\u00e9s sur <a href=\"https:\/\/www.frenchweb.fr\/decode-quantum-a-la-rencontre-dhelene-perrin-physicienne-et-coordinatrice-du-reseau-quantip\/440372\">Frenchweb<\/a>.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2023\/decode-quantum-avec-helene-perrin-du-lpl-et-de-quantip\/helene-perrin\/\" rel=\"attachment wp-att-20953\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone wp-image-20953\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Helene-Perrin-682x1024.jpg\" alt=\"\" width=\"238\" height=\"357\" srcset=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Helene-Perrin-682x1024.jpg 682w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Helene-Perrin-200x300.jpg 200w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Helene-Perrin-768x1152.jpg 768w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Helene-Perrin-1024x1536.jpg 1024w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Helene-Perrin.jpg 1333w\" sizes=\"auto, (max-width: 238px) 100vw, 238px\" \/><\/a><\/p>\n<p>H\u00e9l\u00e8ne Perrin est physicienne vers\u00e9e aussi bien dans la th\u00e9orie que l\u2019exp\u00e9rimentation, sp\u00e9cialis\u00e9e dans les atomes froids, les condensats de Bose-Einstein, les gaz quantiques et la superfluidit\u00e9. Elle est directrice de recherche CNRS au Laboratoire de Physique des Lasers dont elle est directrice adjointe \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 Sorbonne Paris Nord (\u00e0 Villetaneuse). Elle coordonne aussi le r\u00e9seau quantique francilien QuanTiP, lanc\u00e9 en mai 2022 dans la lign\u00e9e de SIRTEQ qui avait \u00e9t\u00e9 lanc\u00e9 en 2017. \u00c0 l\u2019origine, elle est polytechnicienne puis a r\u00e9alis\u00e9 un DEA de Physique Quantique de l\u2019ENS suivi d\u2019une th\u00e8se sur les atomes froids et d&#8217;un post-doc au CEA \u00e0 Saclay. H\u00e9l\u00e8ne est aussi enseignante en Master 2 \u00e0 l\u2019ENS Paris ainsi que dans de nombreuses \u00e9coles internationales de physique, y compris aux Houches o\u00f9 elle a coorganis\u00e9 plusieurs \u00e9coles entre 2003 et 2017.<\/p>\n<p><iframe loading=\"lazy\" src=\"https:\/\/widget.spreaker.com\/player?episode_id=52739580&amp;theme=light&amp;playlist=false\" width=\"100%\" height=\"200px\" frameborder=\"0\"><\/iframe><\/p>\n<p><b>Et voici comme d&#8217;habitude un verbatim, points cl\u00e9s et liens :<\/b><\/p>\n<ul>\n<li><strong>La marmite quantique<\/strong> : elle est tomb\u00e9e dedans pendant ses \u00e9tudes \u00e0 l\u2019\u00c9cole polytechnique apr\u00e8s avoir \u00e9t\u00e9 plut\u00f4t vers\u00e9e dans les math\u00e9matiques en classes pr\u00e9paratoires. Elle avait envie de changer. Comme de nombreux polytechniciens, y compris <a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2023\/decode-quantum-avec-anthony-leverrier-dinria\/\">Anthony Leverrier<\/a> que nous recevions lors d&#8217;un r\u00e9cent Decode Quantum, elle a \u00e9t\u00e9 tr\u00e8s inspir\u00e9e par ses premiers cours en physique quantique d\u00e9livr\u00e9s par Jean-Louis Basdevant. Le sujet d\u2019examen portait sur la cryptographie quantique, ce qui l\u2019a pouss\u00e9e \u00e0 creuser le sujet dans le cadre d\u2019un travail bibliographique avec Jean Dalibard. Pour m\u00e9moire, Jean Dalibard faisait partie de l&#8217;\u00e9quipe d&#8217;Alain Aspect lors du montage de sa fameuse exp\u00e9rience en 1982. En 1986, il a aussi invent\u00e9 le proc\u00e9d\u00e9 du pi\u00e8ge magn\u00e9to-optique \u00e0 atomes neutres utilis\u00e9 pour les confiner et les refroidir (MOT ou magneto-optical trap en anglais).<\/li>\n<li><strong>Sa th\u00e8se<\/strong>. Suite \u00e0 son stage chez Jean Dalibard, elle \u00e9tait retourn\u00e9e le voir au d\u00e9but de son DEA et a rencontr\u00e9 \u00e0 cette occasion Christophe Salomon, avec lequel elle a effectu\u00e9 son stage de DEA, encadr\u00e9e par Pierre Lemonde (qui est maintenant responsable des relations internationales de l&#8217;Institut N\u00e9el \u00e0 Grenoble). Christophe Salomon a dirig\u00e9 sa th\u00e8se de doctorat de l\u2019Universit\u00e9 Paris VI sur le <a href=\"https:\/\/theses.hal.science\/file\/index\/docid\/45789\/filename\/tel-00003896.pdf\">Refroidissement d\u2019atomes de c\u00e9sium dans un pi\u00e8ge dipolaire tr\u00e8s d\u00e9saccord\u00e9<\/a>, r\u00e9alis\u00e9e au LKB de l\u2019ENS Paris. Son jury de th\u00e8se est un autre beau &#8220;hall of fame&#8221; avec comme pr\u00e9sident Claude Cohen-Tannoudji qui \u00e0 l\u2019\u00e9poque \u00e9tait fra\u00eechement r\u00e9cipiendaire du prix Nobel de physique (en 1997) ainsi que Andrew Steane (celui des codes de correction d\u2019erreur, qu\u2019elle avait rencontr\u00e9 \u00e0 l\u2019\u00e9poque de son stage de fin d\u2019\u00e9tude quand il \u00e9tait post-doc dans l\u2019\u00e9quipe de Jean Dalibard). H\u00e9l\u00e8ne avait d\u00e9marr\u00e9 sa th\u00e8se en 1995, l&#8217;ann\u00e9e de la cr\u00e9ation du premier condensat Bose-Einstein.<\/li>\n<li><strong>Cr\u00e9ation de BEC<\/strong>. H\u00e9l\u00e8ne nous explique les techniques de refroidissement des atomes neutres pour cr\u00e9er ces fameux condensats de Bose-Einstein. Les atomes \u00e9taient alors refroidis par laser. Pour atteindre la condensation, il faut avoir des atomes pas trop dilu\u00e9s et bien denses. Il faut pour cela les pi\u00e9ger. Le MOT avec des faisceaux laser arrivant dans 6 directions est une premi\u00e8re \u00e9tape qui permet d&#8217;atteindre une temp\u00e9rature de quelques micro-Kelvin, ce qui est insuffisant. Pour aller plus loin, H\u00e9l\u00e8ne a \u00e9tendu au cas des atomes confin\u00e9s dans un pi\u00e8ge optique \u00e0 deux lasers crois\u00e9s une technique de refroidissement reposant sur l&#8217;effet Raman, servant \u00e0 aller en dessous de la limite du recul des atomes avec des lasers r\u00e9sonnants. Le principe consiste \u00e0 s\u2019arranger pour que les atomes ralentis ne voient plus les photons et \u00e0 s\u00e9lectionner les atomes en fonction de leur vitesse. L&#8217;effet Raman\u00a0 utilise des transitions \u00e0 deux photons et deux lasers avec des fr\u00e9quences diff\u00e9rentes se propageant en sens oppos\u00e9s. L&#8217;exp\u00e9rience avait alors permis d&#8217;am\u00e9liorer la densit\u00e9 des atomes mais pas encore d&#8217;atteindre le seuil de cr\u00e9ation d&#8217;un condensat de Bose-Einstein.<\/li>\n<li>Les <strong>faisceaux dipolaires crois\u00e9s<\/strong>, tr\u00e8s d\u00e9saccord\u00e9s (\u00e0 1064 nm alors que les raies du c\u00e9sium sont \u00e0 852 nm et 894 nm), servent \u00e0 pi\u00e9ger les atomes dans un pi\u00e8ge non dissipatif. C\u2019est le principe des pinces optiques (comme dans les manipulations d\u2019Antoine Browaeys de l&#8217;IOGS, mais avec deux faisceaux et non un seul). Les faisceaux Raman, eux sont d\u00e9saccord\u00e9s mais beaucoup moins, il sont \u00e0 852 nm, d\u00e9cal\u00e9s de 30 GHz par rapport \u00e0 la r\u00e9sonance. Ils servent \u00e0 conduire des transitions d\u00e9pendant de la vitesse, entre les deux sous niveaux fondamentaux hyperfins du c\u00e9sium, F=3 et F=4. Les atomes qui ont fait la transition sont ramen\u00e9s vers l\u2019\u00e9tat F=3 par un repompeur qui lui est r\u00e9sonnant et permet de dissiper l\u2019\u00e9nergie et rendre le processus irr\u00e9versible.<\/li>\n<\/ul>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2023\/decode-quantum-avec-helene-perrin-du-lpl-et-de-quantip\/transitions-cesium\/\" rel=\"attachment wp-att-20956\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone wp-image-20956\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Transitions-cesium-1024x929.png\" alt=\"\" width=\"475\" height=\"431\" srcset=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Transitions-cesium-1024x929.png 1024w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Transitions-cesium-300x272.png 300w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Transitions-cesium-768x697.png 768w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Transitions-cesium.png 1296w\" sizes=\"auto, (max-width: 475px) 100vw, 475px\" \/><\/a><\/p>\n<ul>\n<li><strong>Un atome qui ne bouge pas est-ce possible <\/strong>? H\u00e9l\u00e8ne nous explique les notions d&#8217;incertitude sur la vitesse et la position d&#8217;une particule. Avec une vitesse moyenne nulle, l&#8217;incertitude tr\u00e8s petite sur la vitesse est compens\u00e9e par lune incertitude tr\u00e8s grande sur la position. Les atomes bougent tr\u00e8s peu mais on ne sait pas o\u00f9 ils se trouvent.\u00a0Dans un BEC, on est \u00e0 cette limite.<\/li>\n<li><strong>Principe du BEC<\/strong>. H\u00e9l\u00e8ne rappelle de mani\u00e8re imag\u00e9e avec la m\u00e9taphore de la cantine la diff\u00e9rence entre les bosons (collectivistes) et les fermions (individualistes). Elle \u00e9voque aussi la notion de d\u00e9g\u00e9n\u00e9rescence quantique qui se manifeste lorsque des \u00e9tats quantiques d&#8217;un objet (atome, \u00e9lectron) ont le m\u00eame niveau d&#8217;\u00e9nergie mais des propri\u00e9t\u00e9s quantiques diff\u00e9rentes (spin, &#8230;). Elle d\u00e9crit la notion de taille du paquet d\u2019onde qui est li\u00e9e \u00e0 l\u2019incertitude sur la position et correspond \u00e0 la longueur d\u2019onde thermique de Broglie qui caract\u00e9rise la taille d\u2019un paquet d\u2019onde atomique. En r\u00e9duisant la temp\u00e9rature, on augmente la longueur d\u2019onde thermique. Lorsque cette taille est aussi grande que la distance moyenne entre particules, on atteint un seuil de condensation. \u00c0 ce stade, les atomes s\u2019accumulent dans l\u2019\u00e9tat fondamental. L&#8217;ensemble comprend alors 100 000 \u00e0 1 million d&#8217;atomes. H\u00e9l\u00e8ne rel\u00e8ve un lien entre les BEC et le mod\u00e8le BCS \u00e9labor\u00e9 par John Bardeen, Leon Neil Cooper et John Robert Schrieffer en 1957 et qui d\u00e9crit le m\u00e9canisme de la supraconductivit\u00e9. Les atomes sont des bosons ou des fermions selon la parit\u00e9 de leurs composants (protons, neutrons et \u00e9lectrons). Comme il y a toujours autant d\u2019\u00e9lectrons que de protons, un nombre pair de neutrons donnent un boson et le contraire&#8230; un fermion. Dans la supraconductivit\u00e9, les \u00e9lectrons se rassemblent en paires dites de Cooper avec des spins oppos\u00e9s.<\/li>\n<li><strong>Le c\u00e9sium<\/strong>. H\u00e9l\u00e8ne manipulait des atomes de c\u00e9sium, les m\u00eames que ceux qu\u2019Alain Aspect avait utilis\u00e9s dans son exp\u00e9rience de 1982 pour g\u00e9rer des photons intriqu\u00e9s. H\u00e9l\u00e8ne nous explique ce que cet \u00e9l\u00e9ment a de particulier. Tout d&#8217;abord, il est \u00e0 la base de la d\u00e9finition de la seconde dans les horloges atomiques. Elle correspond depuis 1967 \u00e0 la dur\u00e9e de 9 192 631 770 p\u00e9riodes de la radiation de la transition entre les deux niveaux hyperfins de l&#8217;\u00e9tat fondamental de l&#8217;atome de c\u00e9sium 133 (les deux niveaux F=3 et F=4 les plus bas dans le sch\u00e9ma <em>ci-dessus<\/em>). C&#8217;est l&#8217;atome stable le plus lourd dans les alcalins avec un seul \u00e9lectron dans la couche de valence. \u00c0 ce titre, il est assimilable \u00e0 un atome d\u2019hydrog\u00e8ne. Ses raies spectrales sont simplifi\u00e9es, bien intenses et s\u00e9par\u00e9es (852 nm et 894 nm, indiqu\u00e9es dans le sch\u00e9ma ci-dessus).<\/li>\n<li><strong>Ses recherches<\/strong>. Elle a fait un post-doc au\u00a0CEA SPEC sur un autre sujet, les gaz 2D d\u2019\u00e9lectrons et l&#8217;effet Hall quantique. Elle a \u00e9t\u00e9 ensuite recrut\u00e9e au CNRS pour faire un BEC avec du rubidium, un atome facile \u00e0 manipuler qui est aussi utilis\u00e9 chez Muquans et Pasqal. Ils \u00e9taient manipul\u00e9s avec des lasers \u00e0 diodes similaires \u00e0 ceux des lecteurs de CD audio. Elle s&#8217;est ensuite int\u00e9ress\u00e9e aux gaz de dimension 2D qui limitent les d\u00e9placement des atomes et amplifient les corr\u00e9lations. Elle a aussi explor\u00e9 les\u00a0pi\u00e8ges d&#8217;atomes en forme de bulles, notamment depuis \u00a02010 avec un nouveau montage exp\u00e9rimental, puis la dynamique superfluide de ces condensats en bulle. Cela consiste \u00e0 faire tourner les atomes au fond de la bulle. Ils ne tournent pas comme une toupie et ont un champ de vitesse irrotationnel, une sorte de vortex s\u2019arrangeant en r\u00e9seaux (dit d&#8217;Abrikosov). Il existe des analogies profondes entre les condensats en rotation et l\u2019effet Hall quantique abord\u00e9 pendant son post-doc.<\/li>\n<li><strong>Atomtronics<\/strong>. H\u00e9l\u00e8ne est aussi\u00a0int\u00e9gr\u00e9e dans un vaste r\u00e9seau international sur l\u2019atomtronique (atomtronics en anglais). Cf la revue de 2021 <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/2008.04439\">Roadmap on Atomtronics: State of the art and perspective<\/a> by L.Amico, August 2020-June 2021 (113 pages). Il s&#8217;agit d&#8217;analogies entre les \u00e9coulements d&#8217;atomes neutres et la circulation des \u00e9lectrons dans les circuits \u00e9lectriques, cr\u00e9ant des sortes de courants qui rappellent le concept des SQUID supraconducteurs. Ce papier de revue avait \u00e9t\u00e9 r\u00e9dig\u00e9 suite \u00e0\u00a0une s\u00e9rie de workshops organis\u00e9s par Luigi Amico, en Espagne \u00e0 Benasque.<\/li>\n<li><strong>Enseignement<\/strong>. H\u00e9l\u00e8ne assure quelques heures d\u2019enseignement \u00e0 l&#8217;ENS Paris. Elle avait un cours \u00e0 Paris Diderot en master sur les dispositifs exp\u00e9rimentaux pour le calcul quantique, r\u00e9alis\u00e9 avec Perola Milman qui couvrait l\u2019algorithmique. Elle a depuis pass\u00e9 la main.<\/li>\n<li><strong>QuanTiP<\/strong>. H\u00e9l\u00e8ne nous d\u00e9crit ce r\u00e9seau quantique francilien, un objet de la r\u00e9gion qui date de 15 \u00e0 20 ans. Ce type de structure f\u00e9d\u00e9rant les chercheurs de la R\u00e9gion \u00e9tait \u00e0 l&#8217;origine une id\u00e9e de Mich\u00e8le Leduc dans le contexte de l&#8217;IFRAF. La R\u00e9gion d\u00e9l\u00e8gue la gestion d&#8217;appels d&#8217;offres \u00e0 des r\u00e9seaux de chercheurs. Depuis 2021, les DIM qui voulaient dire &#8220;Domaine d&#8217;int\u00e9r\u00eat majeur&#8221; veulent dire &#8220;domaine de recherche et d\u2019innovation majeur&#8221;, avec la volont\u00e9 de cr\u00e9er des startups et des emplois \u00e9conomiques. Dans le cadre de QuanTiP qui est organis\u00e9 autour des quatre sujets habituels du quantique (calcul, simulation, communications, capteurs), il existe une volont\u00e9 d&#8217;identifier d&#8217;autres sciences utilisatrices des technologies quantiques. Le DIM est financ\u00e9 \u00e0 hauteur de 2.3M\u20ac et couvre des th\u00e8ses, des post-docs et \u00e9quipements. Cela donne 3-4 th\u00e8ses et 5 ann\u00e9es de post-docs, des \u00e9v\u00e9nements et des \u00e9quipements financ\u00e9s aux 2\/3, notamment une machine d&#8217;\u00e9pitaxie mol\u00e9culaire (MBE) au C2N de Palaiseau.<\/li>\n<li><strong>\u00c9chelles de temps<\/strong>. Nous terminons cet entretien avec une r\u00e9flexion sur la superposition des temps longs et courts dans la recherche fondamentale. Le court rel\u00e8ve des projets, des exp\u00e9riences et des financements ANR. Le temps long vient des \u00e9volutions de la recherche en cours de route, des r\u00e9orientations progressives et de ruptures qui interviennent de temps en temps. H\u00e9l\u00e8ne a aussi appris \u00e0 faire attention \u00e0 ne pas\u00a0dire &#8220;<em>que cela ne va pas marcher<\/em>&#8220;.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Pour la suite des \u00e9v\u00e9nements, nous aurons un trou d&#8217;air dans les entretiens Decode Quantum en mars du fait de vacances et d&#8217;\u00e9v\u00e9nements divers, et reprendrons les diffusions \u00e0 partir de d\u00e9but avril 2023 !<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Ce 56e \u00e9pisode des entretiens Decode Quantum me permet d\u2019accueillir H\u00e9l\u00e8ne Perrin. J&#8217;\u00e9tais cette fois-ci sans Fanny Bouton qui \u00e9tait en d\u00e9placement dans le cadre de ses obligations professionnelles chez OVHcloud. Ces entretiens sont aussi diffus\u00e9s sur Frenchweb. 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