Mattia WALSCHAERSPhysique quantique
Actuellement opticien en physique quantique théorique, j’essaie d’exploiter les propriétés de la lumière pour développer des technologies quantiques. Ma formation initiale était en physique mathématique. Au cours de mon projet de doctorat en cotutelle aux universités de Louvain (Belgique) et de Fribourg (Allemagne), j'ai utilisé la théorie des matrices aléatoires pour étudier le rôle de l'interférence quantique dans le transport d'énergie des complexes récoltant la lumière. Au fil de mon doctorat, je me suis intéressé à l'interférence entre plusieurs particules, ce qui m'a amené à travailler sur le « boson sampling ». Ce protocole photonique a été ma porte d’entrée vers le monde de l'optique quantique, où je suis resté.
Lorsque j'ai terminé mon doctorat en 2016, j'ai déménagé au Laboratoire Kastler Brossel (LKB, CNRS/ENS – PSL/Collège de France/Sorbonne Université) pour trouver de nouvelles façons de modéliser et d'explorer efficacement les états de lumière photon-soustraits. J'y ai également découvert les joies des collaborations quotidiennes avec des expérimentateurs, ce qui m'a rapproché de l'essence de la physique : mesurer les choses.
En 2019, j'ai été recruté par le CNRS et j'ai prolongé indéfiniment mon séjour au LKB. Avec une petite équipe de théoriciens et d'expérimentateurs, nous commençons maintenant à explorer l'utilisation des caractéristiques non-gaussiennes des états quantiques de la lumière pour effectuer des mesures de haute précision, voire pour construire des ordinateurs quantiques.
Projet "NoRdiC"
Dans mon projet ANR JCJC NoRdiC, nous suivons une approche où l'information est codée directement dans le champ électrique de la lumière. Celui-ci contraste avec la photonique où l'information est encodée dans les photons, c'est-à-dire l'énergie de la lumière. Ce contraste devient apparent lorsque nous considérons les mesures requises ; lorsque le champ est mesuré, nos détecteurs peuvent produire n'importe quel nombre réel. Comme nous faisons de la physique quantique, nous ne pouvons pas prédire cette valeur avec certitude. Même si nous pouvions répéter exactement la même procédure expérimentale de nombreuses fois, nous obtiendrions toujours de nombreux résultats de mesure différents. Nous utilisons donc les statistiques pour analyser ces mesures.
Dans de nombreuses expériences d'optique quantique, ces statistiques de mesure suivront une distribution gaussienne. Dans le langage de la mécanique quantique, nous disons alors que nous avons produit un état quantique gaussien. En outre, lorsque la lumière contient de nombreuses couleurs différentes, nous pouvons mesurer chaque couleur séparément et trouver des corrélations quantiques entre ces différentes mesures.
Dans NoRdiC, nous sommes particulièrement intéressés par le cas où la statistique de mesure n'est pas gaussienne. Dans ce cas, les corrélations entre les informations codées dans différentes couleurs peuvent également être beaucoup plus exotiques. Cependant, notre compréhension de cet aspect de la lumière non gaussienne est encore très limitée. NoRdiC est sur le point de changer cela. Nous allons d'abord explorer la physique fondamentale de ces corrélations exotiques. Grâce à cette compréhension, nous développerons de nouvelles techniques pour détecter ces corrélations. Enfin, nous chercherons à répondre à la question de savoir si ces corrélations constituent ou non une ressource utile pour les technologies quantiques. Ici, nous nous concentrons spécifiquement sur l'informatique quantique et les mesures de haute précision (connues sous le nom de métrologie quantique).