Nouvelles du projet

PANDA : Photon-Atom Non-linearities and Deterministic Applications via arrays (non-linéarité des atomes de photons et applications déterministes)

Les propriétés quantiques des photons - qui permettent une transmission à faible perte sur de longues distances, le multiplexage de grandes quantités d'informations quantiques dans un seul canal et des opérations dans des environnements standard à température ambiante - sont très prometteuses pour l'informatique quantique évolutive. Cependant, la faible interaction est leur grande faiblesse pour le traitement quantique de l'information (QIP), car les circuits quantiques nécessitent des interactions photon-photon. À ce jour, les interactions à deux photons n'ont été facilitées que de manière probabiliste, avec une faible efficacité, ou entre des photons individuels via des intermédiaires, avec des erreurs beaucoup trop importantes pour un traitement pratique de l'information quantique.

PANDA s’est fixé un objectif ambitieux : jeter les bases d’un ordinateur quantique photonique, à savoir un réseau d’atomes de strontium neutres espacés à une échelle inférieure à la longueur d’onde, soigneusement conçu pour exploiter les effets collectifs afin de mettre en œuvre des interactions photon-photon déterministes et sans perte. En combinant cette approche avec une nouvelle technique de manipulation de photons uniques à haut rendement, nous construirons une plateforme puissante permettant d’effectuer des opérations non linéaires robustes, efficaces et contrôlables, avec de nombreuses applications en physique quantique des informations (QIP). Parmi celles-ci figurent des portes quantiques à deux photons déterministes présentant une efficacité et des taux de répétition sans précédent. Nous appliquerons tout particulièrement notre plateforme à la physique des informations quantiques à variables continues (CV), notamment à l’informatique quantique basée sur la mesure (Measurement-Based QC), qui exploite pleinement les avantages du champ de lumière quantique, mais qui a été freinée par l’absence de génération déterministe d’états photoniques non gaussiens et qui n’est pas prise en compte dans le programme Quantum Flagship. L’utilisation de notre plateforme pour la soustraction déterministe de photons permettra de remédier à ce problème et, grâce à une roadmap théorique sur les variables continues roadmap développerons, ouvrira la voie à l’informatique quantique photonique. Nos portes à deux photons seront également applicables à la QIP à variables discrètes, ce qui placera PANDA dans une position complémentaire par rapport à de nombreux projets potentiels du portefeuille.

PANDA intègre des expérimentateurs et des théoriciens de classe mondiale issus de groupes de recherche et de PME de premier plan, dotés de l'expertise nécessaire pour développer une technologie de base qui produira des DPI commercialisables et permettra d'atteindre nos objectifs ambitieux.

Informations sur le projet

• ID de la convention de subvention : 101115420
• DOI : 10.3030/101115420
• Date de début : 1er novembre 2023
• Date de fin : 31 octobre 2027
• Financé par : Le Conseil européen de l'innovation (EIC)
• Coût total : € 3 984 437,50
• Coordonné par : Sorbonne Université, France

Publications

• Mann, C. R., Andreoli, F., Protsenko, V., Lenarčič, Z., & Chang, D. (2024). Selective Radiance in Super-Wavelength Atomic Arrays. arXiv preprint arXiv:2402.06439.
• F. Andreoli, C.-R. Mann, A. A. High, D. E. Chang (2024). Métalentille formée par des réseaux structurés d'émetteurs atomiques. Publié dans Nanophotonics 10.1515/nanoph-2024-0603 et sur arXiv arXiv:2410.22469
• D. Goncalves, L. Bombieri, G. Ferioli, S. Pancaldi, I. Ferrier-Barbut, A. Browaeys, E. Shahmoon, D. E. Chang (2024). Séparation de phases dissipative induite dans des ensembles atomiques en espace libre. Publié dans PRX Quantum 10.1103/prxquantum.6.020303 et arXiv 10.48550/arxiv.2403.15237
• T. D. Karanikolaou, R. J. Bettles, D. E. Chang (2024). Diffusion de la lumière proche de la résonance par un atome dans un piège dépendant de l'état. Publié dans *New Journal of Physics* 10.1088/1367-2630/ad3775 et sur arXiv arXiv:2401.06753
• C.-R. Mann, F. Andreoli, V. Protsenko, Z. Lenarčič, D. Chang (2024). « Selective Radiance in Super-Wavelength Atomic Arrays ». Publié dans le préprint arXiv arXiv:2402.06439
• B. Jaworowski, D. E. Chang (2025). États de type Laughlin caractérisés par un faible nombre d’excitations atomiques dans de petits réseaux d’atomes de taille inférieure à la longueur d’onde. Publié dans le préprint arXiv arXiv:2504.17014

Evénements

Événements passés

Collaborateurs

• Nicolas Treps - Sorbonne Université, coordinateur
• Valentina Parigi - Sorbonne Université
• Alexandra Sheremet - Pasqal
• Valérian Thiel - Pasqal
• Loïc Henriet - Pasqal
• Darrick Chang - ICFO
• Antoine Browaeys - Institut d'Optique Théorique et Appliquée
• Igor Ferrier-Barbut - Institut d'Optique Théorique et Appliquée
• Nicolai Walter - Pixel Photonics GmbH
• Wladick Hartmann - Pixel Photonics GmbH

Le consortium collabore avec d'autres bénéficiaires du 2022 EIC Pathfinder Challenge : Approches alternatives du traitement de l'information, de la communication et de la détection quantiques. L'objectif est de travailler ensemble au développement de nouvelles technologies et d'étudier leur potentiel d'industrialisation, afin d'accélérer leur émergence. Les projets des sœurs sont les suivants :

• Veriqub : Vérification efficace des architectures de calcul quantique avec bosons

Les dispositifs quantiques sont très prometteurs pour l'informatique, la cryptographie, la communication et la détection. D'autres approches du traitement quantique de l'information, dans lesquelles les modes bosoniques sont les porteurs de l'information, ont suscité un intérêt croissant, car elles offrent une voie matérielle efficace vers la tolérance aux pannes et l'évolutivité grâce à leur espace de Hilbert intrinsèquement large. Cependant, cela pose le problème de fournir des garanties rigoureuses du bon fonctionnement de ces architectures bosoniques prometteuses, une tâche connue sous le nom de vérification quantique. Jusqu'à présent, cette vérification est effectuée par des techniques tomographiques générales, qui deviennent rapidement irréalisables pour les grands systèmes quantiques. D'autres méthodes sont donc nécessaires, car les dispositifs quantiques sont mis à l'échelle pour obtenir des avantages dans le monde réel.

"Veriqub introduira une nouvelle approche de la vérification des architectures de calcul quantique avec des bosons, basée sur des mesures à variation continue. La boîte à outils technologique de Veriqub comprendra deux éléments principaux :

1. Nous démontrerons expérimentalement la vérification des systèmes bosoniques multimodes pour les architectures optiques et supraconductrices, bien au-delà de l'état de l'art, et nous fournirons la première démonstration d'une accélération vérifiée du calcul quantique.
2. Nous développerons un cadre théorique qui définit les avantages fondamentaux de notre contribution, en mettant l'accent sur l'identification et la vérification de dispositifs quantiques bosoniques ingénieux".

Le consortium Veriqub comprend des partenaires scientifiques de premier plan qui sont idéalement placés pour réaliser la vision ambitieuse de ce projet et construire une boîte à outils technologique de vérification de pointe, permettant aux architectures de calcul quantique bosonique de s'étendre, et positionnant l'Europe comme un leader dans ce domaine.

Web / LinkedIn

• Heisingberg : Anneau optique quantique spatial pour les hamiltoniens d'Ising

• LinkedIn

HEISINGBERG vise à développer une nouvelle plateforme de traitement de l'information, basée sur l'hamiltonien de spin XY, comme une alternative énergétiquement efficace et évolutive aux simulateurs quantiques actuels, en tenant compte des aspects expérimentaux, théoriques, algorithmiques et de contrôle. Le projet est conçu pour développer pleinement :

1. le matériel de base du système optoélectronique,
2. une nouvelle approche pour coder les spins et contrôler leurs couplages mutuels,
3. des algorithmes sur mesure pour l'optimisation du processus de recuit ainsi que la cartographie optimale de problèmes réels,
4. une généralisation du modèle théorique existant pour tenir compte du régime d'opération quantique,
5. les avancées en matière de réalisation expérimentale et de mesures pour l'opération quantique, et enfin,
6. le développement d'un logiciel de contrôle et d'interfaçage spécifique pour le déploiement robuste de la machine.

• ARTEMIS : matériaux moléculaires pour des quanta intégrés sur pucesur puce

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ARTEMIS propose une recherche fondamentale visant à développer des sources de photons uniques et intriqués intégrables, basées sur des composés moléculaires métallorganiques. Le projet est motivé par le besoin urgent de nouvelles sources quantiques dotées d'une polyvalence, d'une flexibilité et d'une performance sans précédent. Cet objectif sera poursuivi en recourant à des matériaux moléculaires, basés sur des ions de métaux de transition et/ou de lanthanides avec des groupements organiques, caractérisés par une émission linéaire accordable et décalée ainsi que par des propriétés optiques non linéaires permettant la génération de photons uniques et de paires/triplets de photons intriqués à la demande. Ces matériaux métallorganiques flexibles et traitables remplaceront les sources de photons quantiques traditionnelles basées sur des cristaux inorganiques en vrac, ce qui permettra l'intégration directe de sources quantiques accordables en longueur d'onde sur les dispositifs actuels. Les sources quantiques moléculaires seront combinées avec des cavités plasmoniques supernanostructurées conçues de manière appropriée afin d'obtenir une amélioration optique maximale. Les progrès proposés seront réalisés grâce à des techniques de synthèse de pointe et à des méthodes de caractérisation avancées intégrées à des stratégies d'ingénierie nanophotonique. Les dispositifs et les méthodes développés dans ce projet conduiront à des sources de photons aux performances compétitives en termes de cohérence, d'efficacité, d'évolutivité et de coût. La réalisation de l'objectif du projet à haut risque et à haut gain nécessite un retour d'information continu entre la chimie moléculaire, les caractérisations optiques linéaires et non linéaires et les mesures quantiques. Il est important de souligner la forte interdisciplinarité du projet proposé grâce à l'implication d'un personnel scientifique hautement qualifié travaillant dans des domaines allant de la chimie à l'optique quantique en passant par la physique, la plasmonique et l'imagerie. On s'attend à ce que la forte interdisciplinarité du personnel impliqué puisse contribuer de manière significative au développement de méthodes et de techniques innovantes ainsi qu'à une collaboration plus simple avec d'autres projets du portefeuille quantique.

• Q-One : réseaux optiques quantiques basés sur les excitons-polaritons

Q-ONE vise à explorer une nouvelle approche de la détection et de la génération d'états quantiques de la lumière. L'idée du projet se situe à la frontière entre la physique quantique et l'intelligence artificielle appliquée. Le consortium vise la réalisation d'un nouveau dispositif basé sur des photons en forte interaction (exciton-polaritons) qui, en utilisant les principes de l'informatique neuromorphique, est capable de reconnaître, de caractériser et de générer une variété d'états quantiques. Nous proposons d'exploiter les propriétés d'un réseau neuronal quantique (QNN) de nœuds non linéaires de polaritons, en utilisant des interactions de pointe, pour identifier et générer des états quantiques : cette idée fortement innovante repose sur l'injection résonante d'états en tant qu'excitations du QNN, qui réalise physiquement - plutôt que de simuler - une tâche de calcul massivement parallèle.

• Phéromone

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FERROMON fournira aux communautés scientifiques et industrielles européennes un élément constitutif novateur pour développer des ordinateurs quantiques basés sur un nouveau type de qubit supraconducteur.Dans le cadre du projet FERROMON, nous utiliserons à la fois des jonctions de Josephson ferromagnétiques à effet tunnel et des jonctions à nanofils semi-conducteurs pour remplacer les jonctions de Josephson traditionnelles, afin de créer des processeurs quantiques basés sur des transmons dotés de fonctionnalités améliorées en termes de contrôle et d’évolutivité. Nous espérons que cela contribuera à résoudre au moins quatre des problèmes les plus importants rencontrés dans les implémentations de pointe actuelles des circuits supraconducteurs : 

(1) Connectivité et charge thermique associée, 
(2) Faible fidélité des portes à deux qubits, 
(3) Dérive des paramètres d'étalonnage et 
(4) Instabilité de la fréquence des qubits.

• Iqaro

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Le défi d'IQARO consiste à mettre en place une nouvelle plateforme de matériaux quantiques destinée au développement de qubits rapides et évolutifs, intégrés à la technologie du silicium à l'échelle de la plaquette.

Notre objectif est de mettre au point des qubits spin-orbite surpassant les technologies de pointe actuelles et de démontrer des méthodes de contrôle quantique radicalement nouvelles, fondées sur les propriétés exceptionnelles de la spin-orbitronique des gaz d'électrons bidimensionnels d'oxydes.

• QUKIT

Le projet Qukit adopte une « approche full-stack » afin de mettre au point un qubit haute fidélité basé sur la chaîne de Kitaev. Cela impliquera le développement simultané du matériel quantique, des techniques de contrôle des qubits et de l'électronique de contrôle classique. Divers groupes de recherche théorique et expérimentale, en collaboration avec un partenaire industriel, mèneront des recherches de pointe dans les domaines suivants :