Vaste sujet de réflexion et de débat scientifiques, à l’origine de l’élaboration de nombreuses théories, d’algorithmes et d’autant de démonstrateurs, le monde quantique a aussi besoin de faire la preuve de ses propriétés et de ses possibilités dans des dispositifs concrets. Celui que veut aujourd’hui mettre au point Sarah Benchabane et qu’elle qualifie modestement de « voie possible d’exploration du monde quantique », a remporté l’adhésion du Conseil européen de la recherche, qui vient de lui octroyer une prestigieuse bourse ERC d’un montant de 2 millions d’euros sur 5 ans pour soutenir ses travaux.
Chargée de recherche CNRS au département MN2S de l’Institut FEMTO-ST, Sarah Benchabane est spécialiste des ondes acoustiques et du contrôle de leur propagation ; ses travaux ont déjà été distingués par une remarquable médaille de bronze du CNRS en 2012. Aujourd’hui, le projet uNIQUE, qu’elle a présenté au jury de l’ERC, est susceptible de créer une petite révolution dans le domaine du traitement quantique de l’information. Empruntant largement à l’ingénierie, uNIQUE va à la rencontre de la physique, qui depuis quelques années s’intéresse aux ondes élastiques de surface, dont les ondes acoustiques font partie. « Notre culture dans ce domaine et notre maîtrise dans la conception de microsystèmes pourraient apporter la brique manquant à la démarche, qui veut associer ondes élastiques et systèmes physiques à des fins de traitement quantique de l’information », explique Sarah Benchabane.
Car les ondes élastiques de surface présentent la particularité de pouvoir agir sur leur environnement, ce qui leur permet de se coupler à différents systèmes physiques comme des champs optiques, des objets magnétiques ou des circuits électroniques, tout en conservant leurs propriétés intrinsèques. Et dans des travaux datant d’il y a tout juste 5 ans, des scientifiques ont montré que lorsque de telles ondes sont associées à un matériau piézoélectrique, elles transportent à sa surface un champ électrique qu’il est possible de contrôler au point de réussir à assurer le transport d’un phonon unique.
Le phonon, selon un raccourci d’usage, est la plus élémentaire des particules d’énergie constituant une onde élastique ; il recèle de l’information quantique. « Coupler un phonon de surface avec un, voire plusieurs résonateurs mécaniques, donne de nouvelles perspectives de contrôle des vibrations mécaniques et de leurs effets sur un matériau piézoélectrique ». Cela laisse envisager d’employer un jour les outils classiquement utilisés en télécommunication pour le traitement quantique de l’information. Ce projet ambitieux prévoit le développement d’une plateforme entièrement électromécanique dédiée à la mise au point du dispositif, au sein de la centrale MIMENTO.
Le Conseil européen de la recherche, créé en 2007, octroie des bourses pour le financement de « projets exploratoires, originaux, porteurs de découvertes scientifiques, techniques et sociétales ». Avec 43 projets récompensés, la France s’est classée en troisième position du palmarès 2019, derrière l’Allemagne (52) et le Royaume-Uni (50).
L’institut FEMTO-ST compte désormais 4 lauréats de bourses ERC : Yanne Chembo (Starting Grant 2011 : 1,4 M€), John Dudley (Advanced Grant 2011 : 1,8 M€), François Courvoisier (Consolidator Grant 2015 : 2 M€) et Sarah Benchabane (Consolidator Grant 2019 : 2 M€). Starting Grant s’adresse aux jeunes chercheurs, Consolidator Grant aux chercheurs sept à douze ans après leur thèse et Advanced Grant aux chercheurs confirmés.
