Groupe QUANTUM : les technologies quantiques réunies au sein du LOA

Si les ordinateurs quantiques promettent de traiter bien plus efficacement certaines classes de problèmes aujourd’hui considérés comme hors de portée des ordinateurs classiques (par exemple la factorisation de grands nombres), les technologies quantiques, dans leur ensemble, offrent des perspectives encore plus vastes, notamment la cryptographie quantique, qui promet des échanges de données ultra-sécurisés, ou encore la détection de champs électriques et magnétiques de très faible intensité, essentielle dans des domaines aussi variés que le biomédical, la géophysique ou la métrologie de précision.

Le groupe QUANTUM qui s’est constitué au sein du Laboratoire d’optique appliquée (Unité mixte de recherche 7639 ENSTA-CNRS-École polytechnique) autour de Davide Boschetto, professeur à l’ENSTA, et Hamed Merdji, directeur de recherche à l’École polytechnique, s’est fixé pour objectif de défricher les frontières de ces technologies en combinant des expertises complémentaires.

Ces approches visent à approfondir les connaissances fondamentales et appliquées sur des matériaux de nouvelle génération, tels que les matériaux quantiques, les matériaux à commutation ultrarapide, ceux dédiés à l’émission et à la détection de lumière, les matériaux pour batteries rechargeables, ainsi que ceux conçus pour les capteurs quantiques.

Ces recherches ouvrent la voie à diverses applications avancées, telles que les transistors ultrarapides, la détection ultra-sensible de champs électriques et magnétiques ou encore l’imagerie à très haute résolution. Outre les avancées scientifiques fondamentales, elles laissent entrevoir des retombées concrètes pour la médecine (diagnostics plus précis, approches non invasives) et pour la transition énergétique (batteries « vertes » plus performantes).

Concrètement, le groupe QUANTUM du LOA est organisé autour de 5 axes : Spectroscopie femtoseconde de matériaux quantiques ; capteurs quantiques ; processus ultra rapides dans les batteries rechargeables ; photonique quantique attoseconde, et imagerie quantique.

Le premier axe, « spectroscopie femtoseconde et matériaux quantiques », a pour ambition de mieux comprendre la dynamique élémentaire de la matière, au niveau des atomes et des électrons, des matériaux quantiques afin de les contrôler pour des applications en électronique et en optoélectronique.

Le second axe, « capteurs quantiques », s’intéresse aux moyens d’utiliser ces matériaux quantiques comme capteurs, qu’il s’agisse de boites quantiques à base de semi-conducteurs ou de défauts dans les diamants permettant de piéger des électrons, avec l’ambition d’atteindre des sensibilités de mesure de champs électriques et magnétiques bien supérieures à ce qui est actuellement disponible.

Le troisième axe, « dynamiques ultrarapides dans les matériaux rechargeables », vise à comprendre dans le détail les mécanismes fondamentaux liés à la lithiation et à la dé-lithiation afin non seulement d’améliorer l’efficacité des batteries mais aussi d’aller vers des batteries vertes.

Le quatrième axe, « photonique quantique attoseconde », se focalise sur la génération de photons intriqués par des harmoniques (rayonnement composé d’un ensemble d'harmoniques de la fréquence du laser) générés dans les semi-conducteurs irradiés par des lasers femto-secondes. Le but est à la fois de générer des états massivement intriqués et de mieux appréhender la physique de la génération d’harmoniques d’ordre élevé.

Quant au cinquième, « imagerie quantique », son ambition est de développer une nouvelle technique d’imagerie basée sur l’intrication de paires de photons (ou de groupes de photons) produits par une même source laser fibrée. L’objectif est de créer une « action à distance » corrélée entre deux faisceaux, afin d’améliorer la résolution et la sensibilité pour des applications comme l’imagerie de virus ou la caractérisation de structures moléculaires.

Pour en savoir plus, suivre le lien ci-dessous