{"id":22228,"date":"2024-05-29T16:02:14","date_gmt":"2024-05-29T15:02:14","guid":{"rendered":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/?p=22228"},"modified":"2024-05-29T16:18:32","modified_gmt":"2024-05-29T15:18:32","slug":"decode-quantum-avec-segolene-olivier-du-cea-leti","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2024\/decode-quantum-avec-segolene-olivier-du-cea-leti\/","title":{"rendered":"Decode Quantum avec S\u00e9gol\u00e8ne Olivier du CEA-Leti"},"content":{"rendered":"<p>Dans ce nouvel \u00e9pisode des entretiens Decode Quantum, Fanny Bouton et moi-m\u00eame accueillons <strong>S\u00e9gol\u00e8ne Olivier<\/strong> du CEA-Leti. Cet entretien est aussi diffus\u00e9 sur <a href=\"https:\/\/www.frenchweb.fr\/decode-quantum-a-la-rencontre-de-segolene-olivier-cea-leti\/448357\">Frenchweb<\/a>.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Segolene-OLIVIER.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone wp-image-22264\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Segolene-OLIVIER.jpg\" alt=\"\" width=\"312\" height=\"348\" \/><\/a><\/p>\n<p>S\u00e9gol\u00e8ne Olivier dirige le programme de photonique quantique au CEA-Leti pour des applications en communications quantiques et en calcul quantique. Elle a obtenu son doctorat en 2002 \u00e0 l&#8217;Universit\u00e9 de Paris dans le domaine de l&#8217;opto\u00e9lectronique et a \u00e9t\u00e9 embauch\u00e9e au CEA-Leti en 2003 en tant que post-doc puis en 2005 comme ing\u00e9nieure de recherche et d\u00e9veloppement en processus et dispositifs. Elle a d\u00e9velopp\u00e9 son expertise dans divers domaines tels que la photonique int\u00e9gr\u00e9e en III-V, les interconnexions micro\u00e9lectroniques et le stockage de donn\u00e9es optiques avant de rejoindre le laboratoire de photonique sur silicium en 2012. Elle a dirig\u00e9 plusieurs projets collaboratifs dans le d\u00e9veloppement de composants photoniques passifs et actifs en silicium, des lasers hybrides III-V sur silicium et des \u00e9metteurs int\u00e9gr\u00e9s sur silicium pour les applications t\u00e9l\u00e9com. Depuis 2020, S\u00e9gol\u00e8ne coordonne l\u2019activit\u00e9 de photonique quantique au Leti.<\/p>\n<p>Pour m\u00e9moire, <strong>Fanny Bouton<\/strong> et moi-m\u00eame animons ces podcasts de mani\u00e8re b\u00e9n\u00e9vole, sans mod\u00e8le \u00e9conomique, et pour le b\u00e9n\u00e9fice de l&#8217;\u00e9cosyst\u00e8me quantique en France.<\/p>\n<p><iframe loading=\"lazy\" src=\"https:\/\/widget.spreaker.com\/player?episode_id=60209833&amp;theme=dark&amp;chapters-image=true\" width=\"100%\" height=\"200px\" frameborder=\"0\"><\/iframe><\/p>\n<p>Voici le compte-rendu habituel du podcast :<\/p>\n<p>Sa d\u00e9couverte du quantique ? S\u00e9gol\u00e8ne s\u2019y est int\u00e9ress\u00e9e tardivement. D\u2019abord, lorsqu\u2019elle faisait son post-doc, sur les sources de photons uniques \u00e0 base de composants III-V, \u00e0 cheval entre la DRF (Direction de la Recherche Fondamentale) du CEA avec Jean-Michel G\u00e9rard (qui avait d\u00e9marr\u00e9 au CNET \u00e0 Bagneux) et la DRT (Direction de la Recherche Technologique) au Leti. Avec l\u2019\u00e9mission de photons uniques dans des micro-piliers \u00e0 bo\u00eetes quantiques pomp\u00e9s optiquement. Elle a surtout pomp\u00e9 \u00e9lectriquement des micro-LEDs, qui avaient des brillances moyennes. Elle a pu fabriquer les sources elle-m\u00eame dans la salle blanche du Leti puis, elle les caract\u00e9risait pour en d\u00e9terminer les propri\u00e9t\u00e9s. Il y avait \u00e0 l\u2019\u00e9poque juste deux startups dans le domaine du quantique : ID Quantique et D-Wave. Elle a eu ensuite d\u2019autres activit\u00e9s au Leti. Dans le domaine de la photonique int\u00e9gr\u00e9e, autour de 2018, elle a commenc\u00e9 \u00e0 faire de la veille dans le domaine du quantique. A partir de 2020, elle a d\u00e9marr\u00e9 l\u2019activit\u00e9 de photonique quantique sur silicium dans l\u2019objectif de d\u00e9velopper une plateforme int\u00e9gr\u00e9e principalement pour le calcul et les communications quantiques, \u00a0potentiellement aussi pour les capteurs quantiques.<\/p>\n<p>Elle a soutenu sa th\u00e8se en 2002 sur les cristaux photoniques bidimensionnels. <a href=\"https:\/\/theses.fr\/2002PA066454\">Nouvelles structures miniatures dans des cristaux photoniques bidimensionnels planaires pour les fonctions de l&#8217;optique int\u00e9gr\u00e9e<\/a> sous la direction de Henri Benisty. Il s\u2019agissait de structurer des mat\u00e9riaux pour pouvoir en contr\u00f4ler les propri\u00e9t\u00e9s optiques. Ce sont des cristaux artificiels form\u00e9s par la gravure de trous p\u00e9riodiques dans lesquels apparaissent des bandes interdites pour la propagation de la lumi\u00e8re. Elle a alors travaill\u00e9 sur des guides d\u2019ondes, des filtres, etc. , avec la promesse de cr\u00e9er des virages et d\u2019autres composants de routage et filtrage de la lumi\u00e8re tr\u00e8s compacts pour les circuits photoniques int\u00e9gr\u00e9s.<\/p>\n<p>S\u00e9gol\u00e8ne d\u00e9finit ce qu&#8217;est la photonique int\u00e9gr\u00e9e sur silicium. L&#8217;objectif est d\u2019int\u00e9grer des fonctions d\u2019\u00e9mission, routage, manipulation et d\u00e9tection de la lumi\u00e8re sur une puce. Cela fait appel \u00e0 des mat\u00e9riaux III-V qui sont tr\u00e8s bons sur les fonctions d\u2019\u00e9mission (lasers) et \u00e0 du silicium, o\u00f9 il n\u2019y a pas de bons \u00e9metteurs, mais o\u00f9 le routage est int\u00e9ressant gr\u00e2ce \u00e0 un fort contraste d\u2019indice. Le silicium est adapt\u00e9 au multiplexage, au d\u00e9multiplexage, au filtrage de longueurs d\u2019ondes, \u00e0 la modulation et la d\u00e9tection rapides de photons. La photonique sur silicium permet le remplacement d&#8217;interconnexions \u00e9lectriques par des interconnexions optiques plus rapides. Le\u00a0Graal serait d\u2019avoir des plateformes monolithiques avec toutes les fonctions sur la m\u00eame puce. Il faut \u00e9galement \u00e9viter les pertes de couplage entre fibre optique et puce, ce qui est crucial pour le quantique.<\/p>\n<p>Elle a contribu\u00e9 au d\u00e9veloppement de lasers hybrides III-V sur silicium. Cela fait appel \u00e0 du collage de mat\u00e9riaux III-V sur substrat silicium, pour cr\u00e9er des cavit\u00e9s hybrides qui combinent le meilleur des deux mat\u00e9riaux (fort gain pour le III-V, fort contraste donc compacit\u00e9 pour le silicium)<\/p>\n<p>Pour les applications quantiques, l\u2019\u00e9mission de photons uniques est une fonction cl\u00e9. Les technologies les plus matures aujourd\u2019hui sont les boites quantiques en micro-pilier telles que celles du C2N et de Quandela. C&#8217;est une architecture verticale pas facile \u00e0 int\u00e9grer en 2D. Donc, elles sont \u00e0 part. D\u2019autres sources sont possibles directement sur silicium en exploitant des effets non lin\u00e9aires dans des cavit\u00e9s r\u00e9sonnantes. Leur efficacit\u00e9 est moins bonne et elles sont non d\u00e9terministes temporellement. En revanche, les photons sont \u00e9mis par paires, ce qui permet de faire du heralding (d\u00e9tection de photons uniques par leur annonce via l&#8217;autre photon de la paire). Ces sources peuvent \u00eatre utilis\u00e9es pour les communications quantiques (QKD) pour lesquelles les sp\u00e9cifications sont moins exigeantes que pour le calcul.<\/p>\n<p>L\u2019efficacit\u00e9 des sources (leur taux de g\u00e9n\u00e9ration) impacte le d\u00e9bit et la distance support\u00e9e. Les approches pour augmenter le taux de g\u00e9n\u00e9ration exploitent l\u2019ensemble des couples de fr\u00e9quences g\u00e9n\u00e9r\u00e9s par effet non lin\u00e9aire, ce qui permet du multiplexage en fr\u00e9quence pour augmenter le taux de g\u00e9n\u00e9ration agr\u00e9g\u00e9 de ces sources. L\u2019\u00e9quipe de S\u00e9gol\u00e8ne a men\u00e9 un travail commun avec l\u2019Universit\u00e9 de Pavie en Italie. Cela a g\u00e9n\u00e9r\u00e9 des am\u00e9liorations d\u2019un facteur mille du taux de g\u00e9n\u00e9ration, du MHz au GHz. Une autre approche consiste \u00e0 travailler avec plusieurs degr\u00e9s de libert\u00e9 des photons pour encoder plusieurs bits quantiques sur un seul photon.<\/p>\n<p>Comment fonctionne le collage h\u00e9t\u00e9rog\u00e8ne ? Pour introduire certains mat\u00e9riaux sur la plateforme silicium, on utilise le collage direct en cr\u00e9ant des liaisons hydrog\u00e8nes ou covalentes entre deux wafers, selon un principe similaire aux m\u00e9thodes de cr\u00e9ation des substrats SOI.<\/p>\n<p>S\u00e9gol\u00e8ne utilise des wafers SOI dont l\u2019int\u00e9r\u00eat est d\u2019ajouter une fine couche de 200 \u00e0 300 nm de hauteur de silicium sur isolant d\u2019oxide de silicium. Cela donne un bon contraste d\u2019indice. Les guides d\u2019ondes sont une fine couche de silicium encapsul\u00e9e avec de l\u2019oxide de silicium pour cr\u00e9er un confinement horizontal en compl\u00e9ment du confinement vertical. La lumi\u00e8re est filtr\u00e9e dans des cavit\u00e9s avec des anneaux r\u00e9sonants coupl\u00e9s aux guides d\u2019ondes. Pour cr\u00e9er un interf\u00e9rom\u00e8tre de type MZI (Mach-Zehnder), on ajoute un s\u00e9parateur de faisceaux.<\/p>\n<p>La fonction de d\u00e9tection de photons peut faire appel \u00e0 du germanium qui absorbe les longueurs d\u2019onde t\u00e9l\u00e9coms. Ce n&#8217;est cependant pas adapt\u00e9 aux exigences des applications quantiques du fait de leur sensibilit\u00e9 limit\u00e9e qui ne permet pas de d\u00e9tecter des photons uniques efficacement. Il faut les remplacer par des d\u00e9tecteurs \u00e0 nanofils supraconducteurs en NbN.<\/p>\n<p>Nous \u00e9voquons la probl\u00e9matique des pertes de photons. La modulation rapide n\u2019est pas facile \u00e0 mettre en \u0153uvre. Il faut trouver un bon compromis entre efficacit\u00e9, faibles pertes et rapidit\u00e9 comme avec de la modulation par effet Pockels \u00e9lectro-optique, avec peu de pertes suppl\u00e9mentaires. Pour cela, il faut faire appel \u00e0 des mat\u00e9riaux diff\u00e9rents comme le niobate de lithium que l\u2019on peut introduire avec du collage direct.<\/p>\n<p>Quel est le r\u00f4le de la qualit\u00e9 de la fabrication de ces circuits ? Il faut r\u00e9duire les pertes aussi bien en variables discr\u00e8tes que continues. Pour le calcul quantique, cela va impacter la profondeur du calcul quantique r\u00e9alisable. Les pertes sont li\u00e9es \u00e0 la rugosit\u00e9 des flans des guides d\u2019onde, d\u2019o\u00f9 des optimisations dans la litho-gravure. Cela am\u00e8ne un d\u00e9bat sur le choix de la plateforme. Le nitrure de silicium a un contraste d\u2019indice moins \u00e9lev\u00e9 donc les modes optiques sont moins sensible \u00e0 la rugosit\u00e9 et ont moins de pertes.<\/p>\n<p>Les applications de capteurs quantiques utilisent des longueurs d\u2019ondes diff\u00e9rentes, qui vont du visible \u00e0 l\u2019infrarouge, pour lesquelles les guides en nitrure de silicium sont plus adapt\u00e9s que les guides en silicium<\/p>\n<p>Nous \u00e9voquons la question du temps de cycle de conception et de fabrication des circuits de nanophotoniques dans les RTO. Ces circuits sont fabriqu\u00e9s avec des \u00e9quipements pr\u00e9industriels dans une salle blanche versatile. Les temps de cycle assez longs similaire \u00e0 celui des qubits silicium. Les plateformes ne sont pas encore stabilis\u00e9es car elles sont en cours de d\u00e9veloppement des fonctions photoniques sp\u00e9cifiques n\u00e9cessaires pour les applications quantiques.<\/p>\n<p>Quelle est la temp\u00e9rature de fonctionnement de ces diff\u00e9rents composants ? C&#8217;est une affaire de compromis et un d\u00e9bat pas encore tranch\u00e9. Quandela utilise trois blocs s\u00e9par\u00e9s, les sources et d\u00e9tecteurs \u00e9tant \u00e0 basse temp\u00e9rature. Si on met tout le circuit de calcul dans le cryostat comme chez PsiQuantum, on a beaucoup de dissipation li\u00e9 au contr\u00f4le du d\u00e9phasage thermo-optique \u00e0 effets Pockels. Cela impose des contraintes cryog\u00e9niques beaucoup plus fortes.<\/p>\n<p>Le r\u00f4le de la photonique pour l\u2019interconnexion d\u2019ordinateurs quantiques ? Pour interconnecter des processeurs quantiques distribu\u00e9s, il y a deux enjeux : pour les qubits non photoniques, il faut pr\u00e9voir la transduction vers un qubit photonique. Avec les qubits photoniques, on est d\u00e9j\u00e0 dans le m\u00eame r\u00e9gime.<\/p>\n<p>Quid des partenariats en France et ailleurs avec des industriels ? D\u2019une fa\u00e7on g\u00e9n\u00e9rale, le Leti fait le pont entre la recherche fondamentale et l\u2019industrie pour faire de l\u2019ing\u00e9nierie et du prototypage. Les partenariats industriels sont bilat\u00e9raux, par exemple avec ST-microelectronics. Pour le quantique, les d\u00e9veloppements technologiques sont men\u00e9s au travers de projets institutionnels comme avec le projet d\u2019ordinateur quantique OQULUS du PEPR de la strat\u00e9gie nationale quantique, coordonn\u00e9 par Nadia Belabas du C2N sur le plateau de Saclay. Et aussi au niveau europ\u00e9en, avec des projets de lignes pilotes et des projets de communications quantiques.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Dans ce nouvel \u00e9pisode des entretiens Decode Quantum, Fanny Bouton et moi-m\u00eame accueillons S\u00e9gol\u00e8ne Olivier du CEA-Leti. Cet entretien est aussi diffus\u00e9 sur Frenchweb. S\u00e9gol\u00e8ne Olivier dirige le programme de photonique quantique au CEA-Leti pour des applications en communications quantiques et en calcul quantique. 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