L’information quantique au cœur du projet I-QUINS

De formation régionale, d’envergure internationale, le projet I-QUINS réunit pour la première fois des spécialistes en physique quantique, optique, informatique et mathématique des structures de recherche franc-comtoises et bourguignonnes, autour du thème très porteur de l’information quantique. Une visibilité inédite pour des travaux qui joueront désormais collectif dans ce projet lauréat du premier appel d’offres I-SITE, le programme d’excellence porté par la COMUE UBFC.

La physique quantique régit l’infiniment petit

Le champ d’application de la physique quantique démarre là où s’arrêtent les capacités de la physique classique : à l’échelle de l’atome. Dans le monde de l’infiniment petit, les lois de la physique classique n’ont plus cours, et laissent la place aux règles quantiques. Des règles qui surprennent notre esprit formaté par une connaissance limitée au monde macroscopique, et qui font largement appel à notre imagination. Dans ce monde mystérieux, tout semble paradoxal : un objet peut être à la fois une chose et son contraire, être dans plusieurs états à la fois, ou encore être corrélé à un autre élément situé à grande distance aussi facilement que s’il se trouvait juste à côté. La physique quantique, qui étudie le comportement des particules et des atomes, est née avec le XX^e siècle. Elle est à l’origine d’innovations technologiques comme l’IRM ou le laser. La théorie de l’information est-elle aussi apparue au début du siècle dernier. À partir d’un système binaire composé de 0 et de 1, elle a permis le codage et la transmission de l’information, et de là le développement des ordinateurs et des téléphones portables. Ces deux grandes théories de rupture se sont réunies à la fin du XX^e siècle pour constituer ce qu’il convient d’appeler « la théorie de l’information quantique ». C’est dans cette science nouvelle que s’inscrit le projet I-QUINS (Integrated QUantum Information at the NanoScale).

Des progrès technologiques à inventer

Enseignant à l’UTBM et chercheur à l’Institut Carnot de Bourgogne (ICB), Frédéric Holweck est mathématicien et plus précisément spécialiste en physique mathématique. Il est le porteur du projet I-QUINS, qui réunit une vingtaine de chercheurs issus de cinq laboratoires de la région Bourgogne – Franche-Comté : l’ICB donc, l’Institut FEMTO-ST, l’Institut UTINAM, le Laboratoire de mathématiques de Besançon (LMB) et l’Institut de mathématiques de Bourgogne (IMB). « Notre objectif est d’utiliser les propriétés de la physique des particules pour créer de nouvelles technologies de communication ou de calcul. » Avec pour finalité de les intégrer à des composants à la dimension du nanomètre. « Ces systèmes sont certes très complexes à maîtriser, mais ils ouvrent à des possibilités techniques fantastiques ! », estime le chercheur. Et nécessitent pour leur mise au point l’apport croisé de différentes disciplines, et la confrontation des points de vue.

Ambitieux, le projet I-QUINS est lauréat du premier appel à projets de l’I-SITE qui sous-tend la stratégie de la COMUE UBFC. Il permettra de développer de nombreux travaux, de la théorie jusqu’à l’expérimentation. Des outils mathématiques vont d’abord étudier les paradoxes de la physique quantique déjà vérifiés expérimentalement, laissant espérer que des phénomènes comme la superposition d’état ou l’intrication passent du statut de contraintes à celui de ressources, et génèrent de nouveaux développements. Le contrôle quantique entend ensuite construire le cadre théorique à l’intérieur duquel il sera possible de mener des expériences pour mettre au point des systèmes innovants à l’échelle nanométrique. Enfin, la partie la plus expérimentale concernera les possibilités d’adaptation de systèmes macroscopiques existants et éprouvés, à une échelle encore une fois nanométrique. « Il était indispensable, pour que l’équipe constituée fonctionne vraiment de manière interdisciplinaire, de proposer une ouverture assez large à la thématique choisie. » L’information quantique est un axe encore peu affiché de façon transversale en France. Frédéric Holweck et les chercheurs concernés espèrent, grâce au projet fédératif I-QUINS, apporter reconnaissance et visibilité à des travaux parfois engagés régionalement depuis quinze ans, mais souvent de manière isolée, et progresser dans un domaine résolument tourné vers le futur.

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