Pascale Senellart - #monANR
© C2N- Laurent Ardhuin
Pascale Senellart, lumière sur la révolution quantique
Petit à petit, nous avons pu démontrer la génération de photons uniques et de photons intriqués avec une grande efficacité. »
Qu’est-ce qui vous a poussé à vous intéresser à la nanophotonique ?
Je ne suis pas parisienne d’origine, j’ai grandi du côté d’Orléans. Je n’ai pas non plus baigné dans un milieu scientifique. C’est un heureux hasard qui m’y a menée. Depuis toute petite, j’étais fascinée par la station de radioastronomie de Nançay, dans le Cher. J’ai eu la chance de pouvoir y faire mon stage de 3e, en 1986. Ce devait être les toutes premières années où les collégiens et collégiennes avaient cette opportunité ! C’était formidable de découvrir la grande instrumentation scientifique mais aussi les métiers de la recherche, techniciens ingénieurs et chercheurs. A la fin de mon lycée, j’ai décroché une bourse de la vocation scientifique féminine qui m’a permis d’entrer en classes préparatoires à Louis le Grand à Paris, et de découvrir un tout nouvel univers : la Sorbonne, le Collège de France, l’Ecole normale supérieure. Et puis, je me suis mise en tête d’intégrer une grande école avec un cours de mécanique quantique réputé. J’ai rejoint Polytechnique où j’ai eu la chance d’y suivre les enseignements de mécanique quantique de Jean-Louis Basdevant, d’optique quantique d’Alain Aspect, Nobel de Physique en 2022, et ceux de Claude Weisbuch et de Claudine Hermann, première femme professeure à l’Ecole polytechnique en 1992 sur les matériaux semiconducteurs. Ensuite, c’est naturellement que mes travaux de recherche se sont orientés vers l’optique des semiconducteurs. En rejoignant le CNRS, je me suis intéressée aux boites quantiques semiconductrices où des milliers d’atomes se comportent comme un seul et émettent des photons un par un. En sculptant le paysage électromagnétique autour de ces émetteurs quantiques à l’aide de microcavité optique, nous pouvons par ailleurs collecter efficacement ces photons.
En quoi consiste votre projet de recherche HipHop ? Quel a été la genèse de ce projet ?
Pour comprendre la genèse de ce projet, il faut remonter en 2005, lorsque j’ai obtenu mon tout premier financement de l’ANR, un JCJC, pour le projet MICADOS. Je commençais à manipuler des boites quantiques uniques et je cherchais à les insérer dans des structures photoniques. Ce projet visait à développer le meilleur système de couplage entre une boîte quantique, et une cavité optique afin d’atteindre et d’exploiter un fort couplage lumière-matière. L’atome artificiel est alors piégé entre deux miroirs qui constitue une caisse de résonnance pour la lumière et permet une émission dans une seule direction choisie. Cela permet de fabriquer des sources de photons uniques efficaces. A l’époque, j’avais tout un plan pour ce projet mais rien ne s’est passé comme prévu car j’ai eu une idée beaucoup plus originale et puissante que celle que j’avais proposée dans le projet MICADOS. L’ANR ne s’en est pas offusquée.
Au final, tout s’est bien passé ! J’ai eu une idée qui a résolu un problème majeur de nos études : le défi était de positionner une boîte quantique au bon endroit dans la cavité afin de pouvoir récupérer le photon émis. Longtemps, les scientifiques ont cherché à forcer leur position mais les photons générés étaient de mauvaise qualité. Nous avons alors laissé les boîtes quantiques se positionner de manière aléatoire puis nous les repérions avec une précision de l’ordre du nanomètre grâce à un laser avant de fabriquer la cavité optique autour d’elle. Cette technique de « dessin » par laser est appelée lithographie optique in situ. Cette idée nous a permis de générer des photons « à la demande ». En 2008, nous avions donc un procédé de fabrication contrôlée et reproductible pour placer une boite quantique en cavité. A partir de là, nous avons pu étudier ce système en détail, de façon systématique et reproductible, ce qui n’était pas possible avant. Petit à petit, nous avons pu démontrer la génération de photons uniques et de photons intriqués avec une grande efficacité. En 2016, nous avons atteint une pureté quantique adaptée aux technologies quantiques comme par exemple le calcul quantique.
Le projet HipHop, soutenu par l’ANR en 2018 dans le cadre de l’appel à projets de l’ERA-NET QuantERA, visait à exploiter nos sources de photons uniques pour accélérer le développement d’une plateforme de calcul quantique photonique. Ce projet, c’est la rencontre entre deux communautés : la nôtre au laboratoire, qui concevons des composants émetteurs de lumière quantique que peu de personnes maitrisent ; et ceux qui en ont besoin pour mener leurs recherches en technologies quantiques. Ce projet illustre aussi le tournant que mon équipe a pris : nous sommes passés d’une activité à 100 % centrée sur l’optique quantique des systèmes semiconducteurs à une activité beaucoup plus interdisciplinaire, s’intéressant au traitement de l’information quantique.
Vous avez également co-fondé une start-up, Quandela, en 2017.
Oui ! C’est un autre tournant important de ma carrière. En 2017, avec par Valérian Giesz et Niccolo Somaschi, nous avons créé Quandela, dont je suis aujourd’hui la conseillère scientifique. Cette start-up est née d’un constat : ça n’était pas le travail du C2N de fournir des composants aux équipes de recherche qui les demandaient. Il fallait faire les étapes technologiques pour transformer notre objet de laboratoire en un composant utilisable par des non spécialistes. Puis, avec l’accélération des technologies quantiques, en 2020, nous avons décidé de nous lancer au sein de Quandela dans le développement de machines de calcul quantique. Notre premier modèle a vu le jour fin 2022 et a été le premier processeur européen sur le cloud.
Quel impact faut-il attendre sur la société ?
Depuis qu’Einstein a établi les prémisses de la mécanique quantique, dès 1905, générer des photons un par un représentait un défi scientifique majeur. Pouvoir « jouer » aujourd’hui avec ces photons, contribuer au développement des technologies quantiques, développer de nouveaux outils comme des sources de photons intriqués, contribuer à ouvrir de nouvelles pistes de recherches : ce sont les motivations premières de nos activités aussi bien au C2N qu’à Quandela. On attend des technologies quantiques des révolutions technologiques majeures, et d’un côté c’est tout à fait enthousiasmant. L’ordinateur quantique est en effet une technologie unique qui pourrait révolutionner de nombreux secteurs industriels, de la santé à la chimie, en passant par l’industrie, la sécurité informatique ou encore l’énergie, et la France doit rester dans la course. D’un autre côté, en tant que scientifique, je m‘inquiète parfois de l’usage qu’il pourrait en être fait, un peu comme avec l’IA aujourd’hui.
Et sur votre trajectoire professionnelle, quel rôle a joué l’ANR ?
Bien sûr l’ANR a été déterminante : elle m’a soutenue dès 2005 et a accepté que je réoriente mon projet JCJC dans la mesure où les résultats surpassaient ceux qui avaient été envisagés. Je ne peux qu’espérer que l’ANR continue de soutenir des chercheurs et des chercheuses même lorsque leur projet prend d’autres directions en cours de route. Cette confiance est précieuse, qu’elle se poursuive. Depuis 2005, j’ai aussi obtenu des financements européens, notamment une ERC Starting Grant en 2011 et une ERC Proof of Concept Grant en 2016, qui m’ont permis de porter mes expériences en laboratoire jusqu’à l’industrialisation de la fabrication de ces sources de photons.
Un objet, une œuvre qui vous accompagne au quotidien ?
Dans les années 1960, mon père était jeune technicien chez IBM où, à l’époque, les ordinateurs étaient d’énormes machines qui remplissaient des pièces et fonctionnaient avec des cartes perforées. Plus tard, quand j’étais enfant, il est devenu commercial et avait organisé des séances photos d’objets techniques. Il a pu avoir dans son bureau une magnifique photo : celle d’un filament de lampe incandescent, magnifique illustration classique de la lumière. Cette photographie trône aujourd’hui dans mon bureau au C2N. C’est un beau symbole de ce lien, entre lui et moi, entre les débuts des ordinateurs classiques et les débuts des ordinateurs quantiques - qui sont aujourd’hui aussi massifs que ceux qu’il a connu au début de sa carrière. Quand j’étais petite, il me parlait aussi des IBM Fellows, et me disait d’un air rêveur : « tu te rends compte, il y a des chercheurs chez IBM qui sont choisis pour faire de la recherche de haut niveau, sans avoir à rendre des comptes à personne ». Je mesure aujourd’hui l’influence de ses mots dans mon parcours.
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Le projet Plateforme photonique quantique de haute dimensionalité – HiPhoP
