Mécanicien quantique le jour, musicien la nuit
Le doctorant Vadiraj Ananthapadmanabha Rao a un petit studio de musique chez lui. C’est là qu’il compose et qu’il enregistre des reprises de ses chansons préférées. Il aime particulièrement chanter des chansons en langues étrangères. Il dit que cela lui donne un aperçu d’autres cultures et lui permet de se sentir plongé dans quelque chose de nouveau et de différent.
À l’IQC aussi, il explore quelque chose de nouveau. « La physique quantique en est encore à ses débuts, dit-il, et c’est ce qui la rend si passionnante. Tout est nouveau. »
La physique quantique en est encore à ses débuts, dit-il, et c’est ce qui la rend si passionnante. Tout est nouveau.
Création de qubit
Dans le laboratoire d’ingénierie de systèmes quantiques (EQS pour Engineered Quantum Systems), avec le professeur et chercheur principal Christopher Wilson, M. Rao utilise des circuits de micro-ondes supraconducteurs pour étudier les interactions entre la lumière et la matière, en vue de recherches sur de nouveaux régimes d’optique quantique aux fréquences micro-ondes.
« J’étudie les effets physiques prédits par la théorie », explique M. Rao, étudiant en génie électrique et informatique. « Dans le monde quantique, nous étudions la matière à l’échelle des atomes individuels. [Dans mon laboratoire,] nous travaillons sur des atomes artificiels, ce qui nous donne l’avantage de déterminer différents aspects de chacun d’eux. »
Dans le monde quantique, nous étudions la matière à l’échelle des atomes individuels. [Dans mon laboratoire,] nous travaillons sur des atomes artificiels, ce qui nous donne l’avantage de déterminer différents aspects de chacun d’eux.
Les atomes utilisés dans le laboratoire EQS sont des circuits électriques supraconducteurs formés de condensateurs qui emmagasinent l’énergie électrique dans un champ électrique, et d’inducteurs qui emmagasinent l’énergie dans un champ magnétique lorsqu’il est traversé par un courant électrique. La partie essentielle du circuit est un minuscule dispositif appelé jonction de Josephson, un type d’inducteur non linéaire.
« Nous construisons des qubits supraconducteurs à l’aide de ces atomes artificiels », dit M. Rao. Le circuit à base de jonction de Josephson est l’élément fondamental qui entre dans la composition de tous les dispositifs conçus dans le laboratoire EQS. Les qubits supraconducteurs se comportent comme des systèmes à 2 niveaux et, grâce à la mécanique quantique, ils peuvent être dans une superposition d’états — 0 et 1 — simultanément. Cette capacité confère aux qubits en superposition une grande puissance de traitement.
« La question intéressante est alors la suivante : Que peut-on faire avec cela? »
La question intéressante est alors la suivante: Que peut-on faire avec cela?
Avant-garde quantique
L’exploitation des effets des interactions entre lumière et matière peut être utile en traitement de l’information quantique — tâche qui est au cœur de nombreuses technologies quantiques comme les ordinateurs et simulateurs quantiques. Les circuits supraconducteurs ont aussi des applications dans des technologies actuelles telles que les capteurs et les radars, afin d’en améliorer la sensibilité et la capacité de détection.
Mais ce qui fascine le plus M. Rao, c’est l’étude d’un nouveau sous-domaine de l’optique quantique. Ses recherches repoussent les limites pour faire la démonstration de nouveaux phénomènes physiques. Par exemple, en passant de qubits à 2 niveaux à des qubits à 3 niveaux, on pourrait découvrir de nouvelles possibilités technologiques défiant l’imagination.
Pour M. Rao, l’exploration de ce territoire inconnu de la physique est aussi fascinante que l’apprentissage d’un nouveau langage musical. Chez lui, dans son studio, il fait des expériences sur des mélodies et des intensités sonores pour exprimer une émotion précise grâce à la musique. Au laboratoire, il règle les propriétés d’atomes pour voir différents effets de l’interaction entre lumière et matière.
Qu’il s’agisse de création musicale ou de construction d’une nouvelle technologie quantique, Vadiraj Ananthapadmanabha Rao est un chercheur: le procédé est expérimental, et les résultats, singulièrement splendides.
