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Quand le CERN rencontre la technologie quantique

L'initiative Technologie quantique du CERN va explorer le potentiel de certains dispositifs intégrant des phénomènes quantiques déconcertants, tels que l'intrication, enrichissant et étendant ainsi la portée de son programme de recherche scientifique

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AEgIS antihidrogen production trap
Le piège à antimatière 1T de AEgIS. L'expérience AEgIS du CERN étudie l'intrication multi-particules de photons résultant d'une annihilation de positonium, et constitue l'un des nombreux exemples de recherches menées au CERN en rapport avec les technologies quantiques. (Image: CERN)

Les technologies de l'information et de la communication actuelles se sont développées grâce à l'invention et au développement de la mécanique quantique au siècle précédent. Cependant, aussi formidable que soit le fait que votre smartphone rassemble des milliards de transistors ou que des photons soient acheminés sur Internet à l'aide de lasers, les appareils de la « première révolution quantique » ne font que s’appuyer sur les propriétés étranges de la mécanique quantique sans les exploiter directement.

L'initiative Technologie quantique (QTI), annoncée en juin par la Directrice générale du CERN, Fabiola Gianotti, est l’occasion pour le CERN de s’associer à un mouvement mondial, en plein essor, tendant à une « deuxième révolution quantique ». Dans cette perspective, des propriétés quantiques telles que la superposition et l'intrication, qui font qu’un objet peut se trouver à deux endroits en même temps ou influer de manière instantanée sur un autre objet, seront exploitées pour fabriquer de nouveaux appareils de calcul, de communication, de détection et de simulation.

Il est difficile de prévoir l'impact des technologies quantiques sur la société mais les bénéfices pour la physique des hautes énergies et le CERN sont évidents : des algorithmes avancés adaptés à l'analyse des données du futur, des détecteurs ultrasensibles permettant de repérer des particules du secteur sombre et des ondes gravitationnelles, ou encore l'utilisation de systèmes quantiques bien maîtrisés pour simuler ou reproduire le comportement de phénomènes quantiques complexes à N corps à des fins de recherche théorique.

S’il n’est présent sur la scène des technologies quantiques que depuis une période relativement récente, le CERN présente néanmoins l'avantage extraordinaire de rassembler en un seul lieu un ensemble diversifié de compétences et de technologies (logiciels, informatique et science des données, théorie, capteurs, cryogénie, électronique et science des matériaux) nécessaires à une approche multidisciplinaire. La collaboration AEgIS auprès du Décélérateur d’antiprotons du CERN, qui étudie l'intrication multi-particules de photons résultant d'une annihilation de positonium, est un exemple parmi d'autres d’expériences menées au CERN qui touchent à ces domaines. Le CERN fournit également des cas d'utilisation permettant de comparer les approches classique et quantique pour certaines applications. Ainsi, une équipe de Caltech a utilisé un ordinateur quantique comprenant 1098 qubits supraconducteurs pour « redécouvrir » le boson de Higgs à partir des données du LHC. Le réseau étendu et dense constitué par le CERN, faisant travailler ensemble universitaires et industriels au sein de collaborations uniques en leur genre telles que CERN openlab, représente un atout supplémentaire.

L'initiative QTI du CERN est le fruit d’un atelier sur le calcul quantique en physique des hautes énergies organisé par CERN openlab en novembre 2018. Au cours des trois prochaines années, l’effort portera sur l’évaluation de l'impact potentiel des technologies quantiques sur le CERN et la physique des hautes énergies à l’horizon du projet LHC à haute luminosité (fin des années 2020), et au-delà. La méthode de gouvernance et les instruments opérationnels sont en cours de finalisation et des objectifs concrets en matière de R&D ont été fixés dans les quatre principaux champs d'activité des technologies quantiques : calcul, détection et métrologie, communication, et enfin simulation et traitement de l'information. L'initiative QTI se traduira également par l’élaboration d'un programme international d'enseignement et de formation en collaboration avec des experts, des universités et des entreprises et l’établissement de mécanismes de partage des connaissances au sein des États Membres du CERN, de la communauté de la physique des hautes énergies, d'autres communautés de recherche scientifique et dans la société dans son ensemble.

Alberto Di Meglio, coordinateur de l'initiative QTI et responsable de CERN openlab, précise : « Le CERN a beaucoup à apporter en prenant part à ce domaine en rapide expansion mais il va également en retirer beaucoup de bénéfices. L'initiative Technologie quantique du CERN, en nous aidant à structurer et à coordonner nos activités au sein de notre communauté et en liaison avec les nombreux projets internationaux publics et privés, constitue une étape essentielle pour préparer ce futur quantique prometteur. »

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Plus d’informations dans cet article de CERN Courier.

Le site web sera bientôt accessible à cette adresse : https://quantum.cern