Contrôle de systèmes quantiques ouverts: un défi pour les technologies quantiques futures – COQS

Le but de ce projet est de montrer jusqu'à quel point l'environnement d'un système quantique peut être utilisé de manière active pour pouvoir contrôler celui-ci par des champs électromagnétiques externes mis en forme. Cette capacité à manipuler des systèmes quantiques est un pré-requis essentiel pour le développement futur des technologiques quantiques, et a été démontrée avec succès pour les systèmes isolés. Cependant, la plupart des systèmes quantiques d'intérêt technologique ne peuvent pas être considérés comme isolés, et la décohérence induite par l'interaction entre le système et l'environnement est un obstacle majeur au contrôle quantique. En particulier, nous nous concentrerons sur les systèmes en phase condensée où l'environnement induit des effets de mémoire lorsqu'il est perturbé par la dynamique du système. Cette situation est appelée non-Markovienne et a provoqué un intérêt grandissant puisqu'en principe elle permet le retour de l'information de l'environnement vers le système.
L'idée principale de cette proposition est d'utiliser cette caractéristique particulière dans le contexte du contrôle cohérent, i.e. de répondre à la problématique suivante: Est ce que les effets de mémoires dus aux modes environnementaux qui ne peuvent pas être directement manipuler par contrôle peuvent améliorer un objectif donné d'un processus de contrôle, ou même rendre certains états cibles accessibles, permettant ainsi d'améliorer la contrôlabilité du système ?
L'approche envisagée partira de considérations théoriques générales sur le contrôle via la modélisation de systèmes quantiques non-isolés réalistes à des réalisations expérimentales dans les boîtes quantiques semi-conductrices et les colorants moléculaires en solution. Les principaux résultats seront de nouveaux scénarios de contrôle qui iront au-delà des stratégies connues basées sur le découplage du système avec son environnement. Ces mécanismes de contrôle offriront de nouvelles possibilités pour la manipulation des systèmes quantiques non-isolés, en exploitant spécifiquement l'interaction du système avec son environnement. Cette proposition réunie des experts de différents domaines, s'étendant des aspects fondamentaux de la théorie du contrôle optimal à la description des systèmes quantiques ouverts, en particulier dans le cadre non-Markovien. Des experts en chimie-physique et en physique des semi-conducteurs font aussi partis du projet en vue de simulations réalistes. Le consortium est enfin composé d'un des groupes leaders dans le monde pour le contrôle expérimental par champ laser. Nous pensons que cette approche nous permettra de faire avancer de manière significative la compréhension actuelle du contrôle des systèmes quantiques ouverts, en particulier en exploitant les effets non-Markoviens qui ont des implications importantes pour de nombreuses technologies quantiques allant des nouveaux matériaux aux sciences de la vie, bien au-delà de la physique atomique et moléculaire.