Lévitodynamique et circuits quantiques: une nouvelle approches pour le développement de mémoires quantiques

Les sciences et technologies quantiques ont fait des progrès incroyables, évoluant d’études fondamentales en physique quantique à un domaine de recherche interdisciplinaire. Alors que les expériences initiales utilisaient des électrons uniques ou des atomes/ions pour démontrer des effets remarquables (par exemple, dualité particule-onde, enchevêtrement et superpositions), de nombreux efforts sont maintenant consacrés au contrôle des propriétés quantiques de systèmes de complexité croissante. Cette recherche fera progresser davantage notre compréhension de la mécanique quantique, mais mènera également au développement de nouvelles technologies. Une technologie prometteuse, les ordinateurs quantiques, devrait avoir des applications de grande envergure dans divers domaines tels que la chimie et la cryptographie. Néanmoins, pour libérer pleinement leur potentiel, le développement de technologies habilitantes supplémentaires est essentiel. En particulier, les mémoires quantiques constituent un élément clé pour augmenter les capacités des ordinateurs quantiques et pour le développement du traitement de l’information quantique en général. Cet aspect constitue un défi important qui peut être illustré par une question apparemment simple : comment stocker des états quantiques de plus en plus complexes ?

Pour l’information classique, le stockage est principalement limité par la taille de la mémoire et repose sur la possibilité de copier l’information et de les vérifier. Pour le développement des mémoires quantiques, les propriétés de la mécanique quantique deviennent apparentes : l’information quantique ne peut pas être copiée. Pour réaliser une mémoire, il est nécessaire de transférer l’état d’intérêt dans un système optimisé pour maintenir l’état sur de longues périodes et le récupérer par la suite. Cependant, il reste difficile d’obtenir à la fois une efficacité élevée et de long temps de cohérence, ce qui entrave le développement des mémoires.

Avec ce projet de recherche, je propose une approche radicalement nouvelle combinant les domaines de la lévitodynamique et de l’électrodynamique quantique des circuits pour le développement de mémoires quantiques. La lévitodynamique est un domaine de recherche récent inspiré de concepts de l’optique quantique pour contrôler et préparer des résonateurs mécaniques en lévitation dans des états quantiques. En utilisant la lévitation, l’objet ne présente donc aucun lien direct avec l’environnement et subit donc des pertes minimales, une propriété importante pour le mode de stockage. En combinant les lévitodiamiques avec un circuit quantique supraconducteur, ce projet de recherche fournit une approche prometteuse pour atteindre une efficacité de transfert élevée et une longue durée de stockage en utilisant le mouvement du centre de masse du résonateur en lévitation. De plus, le développement d’une telle mémoire quantique en lévitation est directement compatible avec les processeurs quantiques supraconducteurs. Cela permettra, par exemple, la mise en œuvre de protocoles complexes entre processeurs qui nécessitent le stockage temporaire d’un état quantique lors d’une communication ultérieure. Au-delà des aspects technologiques, ce projet constituera également une démonstration remarquable du contrôle quantique d’un système massif, offrant une avenue intéressante pour étudier des questions fondamentales concernant la mécanique quantique.