{"id":21547,"date":"2023-12-14T10:55:58","date_gmt":"2023-12-14T09:55:58","guid":{"rendered":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/?p=21547"},"modified":"2023-12-14T10:55:58","modified_gmt":"2023-12-14T09:55:58","slug":"decode-quantum-avec-takis-kontos-et-audrey-cottet-de-lens","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2023\/decode-quantum-avec-takis-kontos-et-audrey-cottet-de-lens\/","title":{"rendered":"Decode Quantum avec Takis Kontos et Audrey Cottet de l&#8217;ENS"},"content":{"rendered":"<p>Dans ce 65<sup>e<\/sup> \u00e9pisode des entretiens Decode Quantum toujours \u00e9galement diffus\u00e9s par <a href=\"https:\/\/www.frenchweb.fr\/decode-quantum-a-la-rencontre-daudrey-cottet-et-takis-kontos-chercheurs-au-cnrs\/446428\">Frenchweb<\/a>, Fanny Bouton et moi-m\u00eame recevons <strong>Audrey Cottet<\/strong> et <strong>Takis Kontos<\/strong> qui sont tous deux directeurs de recherche au CNRS, officiant au LPENS de l\u2019\u00c9cole Normale Sup\u00e9rieure de Paris. Nous \u00e9voquons avec eux l&#8217;histoire des qubits supraconducteurs, les qubits \u00e0 base de nanotubes de carbone ainsi que la d\u00e9tection de la mati\u00e8re noire qui devrait normalement titiller votre curiosit\u00e9 scientifique.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Audrey-Cottet-et-Takis-Kontos.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone wp-image-21558\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Audrey-Cottet-et-Takis-Kontos-1024x682.jpg\" alt=\"\" width=\"425\" height=\"321\" \/><\/a><\/p>\n<p><strong>Audrey Cottet<\/strong> est Directrice de Recherche au CNRS et chercheuse en physique quantique au Laboratoire de Physique de l&#8217;ENS Paris ainsi qu\u2019au LPEM \u00e0 l\u2019Ecole Sup\u00e9rieure de Physique Chimie Industrielle de Paris. Elle a obtenu un doctorat dans l\u2019\u00e9quipe Quantronics de Daniel Esteve, Michel Devoret et Christian Urbina au CEA de Saclay en 2002, donc comme il se doit dans le domaine des qubits supraconducteurs, au moment o\u00f9 le CEA produisait les premi\u00e8res puces avec ces qubits. Elle s\u2019est ensuite sp\u00e9cialis\u00e9e comme th\u00e9oricienne dans les circuits m\u00e9soscopiques et dans les quantum dots. Elle a contribu\u00e9 \u00e0 la d\u00e9couverte d\u2019effet transistor de spin dans les nanotubes de carbone, sur des effets de couplage spin-photon, et sur les \u00e9missions de photons par des quantum dots et des jonctions supraconductrices. Et cerise sur le g\u00e2teau, elle travaille aussi sur la d\u00e9tection quantique de mati\u00e8re noire. Et dans l\u2019extra-scolaire, elle est aussi passionn\u00e9e d\u2019arch\u00e9omusicologie. Elle est ing\u00e9nieur Supelec.<\/p>\n<p><strong>Takis Kontos<\/strong> est aussi Directeur de Recherche du CNRS et chercheur au LPENS de l\u2019ENS Paris o\u00f9 il pilote l\u2019\u00e9quipe travaillant sur les circuits quantiques hybrides ainsi qu&#8217;au LPEM de l&#8217;ESPCI. Il est aussi cofondateur et membre du conseil scientifique de C12 Quantum Electronics. Ses domaines de recherche couvrent l\u2019\u00e9lectrodynamique quantique, les nanocircuits hybrides, la nanospintronique dans des nanotubes de carbone, ainsi que les capteurs quantiques. Parmi ses doctorants il a eu un certain Mathieu Desjardins qui est le CTO et cofondateur de C12. Il a aussi \u00e9t\u00e9 codirecteur avec Zaki Leghtas de la th\u00e8se de Raphael Lescanne le CTO et cofondateur d\u2019Alice&amp;Bob. \u00c0 l\u2019origine, Takis est ing\u00e9nieur Supelec suivi d\u2019un doctorat en physique du solide \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 Paris-Sud en 2002.<\/p>\n<p><iframe loading=\"lazy\" src=\"https:\/\/widget.spreaker.com\/player?episode_id=58005080&amp;theme=light&amp;playlist=false\" width=\"100%\" height=\"200px\" frameborder=\"0\"><\/iframe><\/p>\n<p>Voici les points cl\u00e9s de la discussion et liens utiles :<\/p>\n<p>Comment nos invit\u00e9s ont-ils atterri dans le quantique ? Pour Audrey, c&#8217;est venu pendant ses \u00e9tudes \u00e0 Supelec avec l&#8217;enseignement en physique quantique en tronc commun. Elle \u00e9tait fascin\u00e9e par le c\u00f4t\u00e9 contre-intuitif du domaine, et aussi la question de la mesure quantique. Pour Takis, cela a d\u00e9marr\u00e9 \u00e0 la fin du lyc\u00e9e, notamment par la lecture du livre &#8220;Conversation avec le Sphinx &#8211; Paradoxes en physique&#8221; d&#8217;Etienne Klein (1991). Intrigu\u00e9 par le domaine, il avait aussi lu un livre de Richard Feynman qui \u00e9tait compliqu\u00e9 \u00e0 lire. Audrey et Takis ont tout deux fait un DEA en troisi\u00e8me ann\u00e9e de Supelec, ce qui leur a permis de s&#8217;orienter vers la physique. Takis a aussi travaill\u00e9 dans l&#8217;\u00e9lectronique analogique, ce qui est devenu utile par la suite pour le contr\u00f4le exp\u00e9rimental des qubits.<\/p>\n<p>Le <strong>sujet de th\u00e8se d\u2019Audrey Cottet <\/strong>\u00e9tait\u00a0<a href=\"https:\/\/www.theses.fr\/2002PA066403\">Impl\u00e9mentation d&#8217;un bit quantique dans un circuit supraconducteur<\/a>, sous la direction de Daniel Esteve. Elle avait \u00e9t\u00e9 embauch\u00e9e pour un stage sur les boites \u00e0 paires de Cooper de Vincent Bouchiat, qu&#8217;elle a connect\u00e9es \u00e0 un r\u00e9servoir supraconducteur via une jonction Josephson, donnant un couplage coh\u00e9rent. L&#8217;objectif \u00e9tait de transformer cela en un qubit avec un syst\u00e8me de mesure. Il exploite des oscillations de Rabi et Ramsey que l&#8217;on voit habituellement en physique atomique. Cela a impliqu\u00e9 de faire de la nanolithographie pour dessiner le circuit. A l&#8217;\u00e9t\u00e9 1999, les travaux de Yasonobu Nakamura ont \u00e9t\u00e9 publi\u00e9s alors qu&#8217;elle d\u00e9marrait sa th\u00e8se. Le proc\u00e9d\u00e9 de mesure des Japonais \u00e9tait &#8220;destructif&#8221; de l&#8217;\u00e9tat du qubit. Elle a travaill\u00e9 sur la cr\u00e9ation d&#8217;une mesure non destructive (QND), avec plein de tests de combinaisons diff\u00e9rentes. Daniel Esteve avait trouv\u00e9 la solution en dessinant au tableau une boite \u00e0 deux jonctions Josephson en parall\u00e8le. Elle \u00e9tait sans r\u00e9sonateur \u00e0 cette \u00e9poque (en 2002). Il a fallu attendre les travaux d&#8217;Andreas Wallraff et Alexandre Blais avec Michel Devoret entre 2003 et 2004 \u00e0 Yale pour voir appara\u00eetre les r\u00e9sonateurs de lecture de l&#8217;\u00e9tat des qubits supraconducteurs. A noter que John Martinis et Isaac Chuang \u00e9taient dans le jury de th\u00e8se d&#8217;Audrey. C&#8217;est le Chuang du fameux bouquin &#8220;Nielsen et Chuang&#8221; qui est une r\u00e9f\u00e9rence dans le calcul quantique.<\/p>\n<p>Le <strong>sujet de th\u00e8se de Takis Kontos<\/strong> \u00e9tait <a href=\"https:\/\/www.theses.fr\/2002PA112055\">Coh\u00e9rence et interf\u00e9rences quantiques dans les nanostructures Supraconducteur \/ Ferromagn\u00e9tique<\/a>. C&#8217;\u00e9tait de la physique de la mati\u00e8re condens\u00e9e portant sur les \u00e9tats ordonn\u00e9s et les propri\u00e9t\u00e9s quantiques avec des fonctions d&#8217;onde macroscopiques, avec des \u00e9lectrons avec des spins parall\u00e8les. Il y avait des questions sur la supraconductivit\u00e9 \u00e0 haute temp\u00e9rature. Vitaly Ginzburg (Nobel de physique en 2003) s&#8217;\u00e9tait pos\u00e9 ce genre de question autour de la cr\u00e9ation du mod\u00e8le BCS de 1957 expliquant la supraconductivit\u00e9 avec les paires de Cooper (d&#8217;\u00e9lectrons de spin oppos\u00e9s). La th\u00e8se de Takis portait sur cet \u00e9tat dans des h\u00e9t\u00e9rostructures ferromagn\u00e9tiques et supraconductrices. Il a d\u00e9montr\u00e9 que l&#8217;on pouvait fabriquer un \u00e9tat inhomog\u00e8ne.<\/p>\n<p>Audrey a arr\u00eat\u00e9 de travailler sur les supraconducteurs et a travaill\u00e9 sur des nanotubes de carbone et des \u00e9tats ferromagn\u00e9tiques, \u00e0 B\u00e2le. Elle y a d\u00e9couvert un effet d&#8217;\u00e9change d&#8217;interface avec des champs magn\u00e9tiques dans des supraconducteurs. Au m\u00eame moment, Takis avait conserv\u00e9 l&#8217;ingr\u00e9dient (palladium-nickel) et les a combin\u00e9s avec des nanotubes de carbone. Ils ont compris la magn\u00e9tor\u00e9sistance des nanotubes de carbone et l&#8217;injection de spin dans un syst\u00e8me de basse dimensionalit\u00e9 (1D).<\/p>\n<p>Il se trouve que je les avais crois\u00e9s tous les deux lors de l\u2019inauguration des nouveaux locaux de C12 \u00e0 Paris. Pour m\u00e9moire, nous avions re\u00e7u Mathieu et Pierre Desjardins, respectivement CTO et CEO de C12 en janvier 2021 dans le <a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2021\/nanotubes-carbone-c12-quantum-electronics\/\">16<sup>e<\/sup> \u00e9pisode<\/a> des entretiens Decode Quantum ! Audrey et Takis reviennent sur les caract\u00e9ristiques et sp\u00e9cificit\u00e9s de ces nanotubes et pourquoi ils sont int\u00e9ressants pour g\u00e9rer des qubits. Ils \u00e9taient inspir\u00e9s par les travaux d&#8217;Andreas Wallraff (ETH Zurich) sur les cavit\u00e9s. Ils se sont dit que les nanotubes pouvaient \u00eatre int\u00e9gr\u00e9s dans une cavit\u00e9 (ligne supraconductrice sur silicium, couplage capacitif, confine les photons microondes de contr\u00f4le du spin des \u00e9lectrons pi\u00e9g\u00e9s dans les nanotubes). Puis, exploiter un couplage \u00e9lectrique spin-photon dans le r\u00e9gime des microondes de 5 \u00e0 6 GHz. Dans le nanotube, ils cr\u00e9ent un \u00e9tat de charge qui comprend un \u00e9lectron en exc\u00e8s, le tout \u00e9tant contr\u00f4l\u00e9 par une grille \u00e9lectrostatique de contr\u00f4le. Cela fait appel au ph\u00e9nom\u00e8ne du blocage de Coulomb. \u00c0 basse temp\u00e9rature, l&#8217;\u00e9tat de charge est bien d\u00e9fini dans les nanotubes de carbone et un champ magn\u00e9tique contr\u00f4l\u00e9 d\u00e9finit la direction du spin. Le spin est le degr\u00e9 de libert\u00e9 du qubit. Ce degr\u00e9 de libert\u00e9 est alors hybrid\u00e9 avec deux points quantiques reli\u00e9s par une jonction tunnel et un degr\u00e9 de libert\u00e9 de charge. Il utilise deux \u00e9lectrodes colin\u00e9aires et des axes de quantification de spin un peu diff\u00e9rent des deux points quantiques. Pour relier deux qubits, on les fait \u00e9changer un photon virtuel. Cela fait appel \u00e0 l&#8217;\u00e9lectrodynamique quantique en cavit\u00e9. La lecture des qubits consiste \u00e0 lire la fr\u00e9quence de r\u00e9sonance du r\u00e9sonateur avec une projection sur l&#8217;axe de quantification. C&#8217;est une lecture dispersive. \u00c0 ce stade, ils n&#8217;ont pas encore de fid\u00e9lit\u00e9 \u00e9prouv\u00e9e.<\/p>\n<p>Le multiplexage du contr\u00f4le peut se faire en fr\u00e9quences avec plusieurs unit\u00e9s binaires quantiques associ\u00e9es au m\u00eame r\u00e9sonateur. C&#8217;est favorable pour le passage \u00e0 l&#8217;\u00e9chelle et donne de bons temps de coh\u00e9rence largement au-dessus de la milliseconde.<\/p>\n<p>Ces nanotubes sont fabriqu\u00e9s \u00e0 Paris dans la nouvelle usine de C12. Le processus chimique a l\u2019air plut\u00f4t simple. Il est compl\u00e9t\u00e9 par un proc\u00e9d\u00e9 facile \u00e0 automatiser de s\u00e9lection et d&#8217;agrafage des nanotubes sur un circuit en silicium, exploitant des manipulateurs pi\u00e9zo\u00e9lectriques.<\/p>\n<p>Audrey et Takis nous d\u00e9crivent leur travail sur la d\u00e9tection de la mati\u00e8re noire. Ils recherchent la pr\u00e9sence d&#8217;axions, des particules \u00e9l\u00e9mentaires qui interagiraient la mati\u00e8re normale. Il s&#8217;agit de champ \u00e9lectromagn\u00e9tique en dehors du mod\u00e8le standard. Il modifierait les \u00e9quations de Maxwell et serait d\u00e9tectable avec des cavit\u00e9s microondes. Leur dispositif exp\u00e9rimental (<em>ci-dessous<\/em>) comporte une boite de cuivre avec un cristal et un circuit supraconducteur qui amplifie le signal. Le tout est plac\u00e9 dans un cryostat \u00e0 10 mK. Ils ont travaill\u00e9 dessus avec Zaki Leghtas sur les effets non lin\u00e9aires. C&#8217;est de la science qui ne sert \u00e0 rien au d\u00e9but mais peut devenir utile apr\u00e8s par s\u00e9rendipit\u00e9.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Detecteur-matiere-noire-1-scaled.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone wp-image-21552\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Detecteur-matiere-noire-1-1024x576.jpg\" alt=\"\" width=\"461\" height=\"259\" srcset=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Detecteur-matiere-noire-1-1024x576.jpg 1024w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Detecteur-matiere-noire-1-300x169.jpg 300w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Detecteur-matiere-noire-1-768x432.jpg 768w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Detecteur-matiere-noire-1-1536x864.jpg 1536w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Detecteur-matiere-noire-1-2048x1152.jpg 2048w\" sizes=\"auto, (max-width: 461px) 100vw, 461px\" \/><\/a><\/p>\n<p>Enfin, nous abordons rapidement le lien entre tout cela et la passion d&#8217;Audrey pour l\u2019arch\u00e9o-musicologie. Elle travaille sur l&#8217;histoire des cymbales de l&#8217;antiquit\u00e9 qui \u00e9taient utilis\u00e9es dans les cultures moyen-orientales. Elle a acc\u00e8s \u00e0 des ressources dans le cadre de l&#8217;ENS, notamment pour la recherche iconographique. Utilisant des m\u00e9thodologies voisines de recherche en physique quantique, elle collabore avec le C2RMF pour la restauration de ces pi\u00e8ces, en liaison avec le Mus\u00e9e du Louvre. C&#8217;est une forme de recherche \u00e0 la fois &#8220;amateure&#8221; et &#8220;professionnelle&#8221; !<\/p>\n<p>Et voil\u00e0 !<\/p>\n<p>Dans l&#8217;\u00e9pisode suivant de Decode Quantum, nous serons outre-Rhin avec <strong>Tommaso Calarco<\/strong> de Forschungszentrum J\u00fclich et qui joue aussi un r\u00f4le cl\u00e9 dans la coordination scientifique de l&#8217;European Quantum Flagship.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Dans ce 65e \u00e9pisode des entretiens Decode Quantum toujours \u00e9galement diffus\u00e9s par Frenchweb, Fanny Bouton et moi-m\u00eame recevons Audrey Cottet et Takis Kontos qui sont tous deux directeurs de recherche au CNRS, officiant au LPENS de l\u2019\u00c9cole Normale Sup\u00e9rieure de Paris. 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