Alexandre Fossati, Lauréat de la finale de l’Université PSL de "Ma Thèse en 180 secondes", doctorant chorégraphe de la danse des atomes de la physique quantique !

 

Alexandre Fossati, doctorant à  ChimieParisTech remporte à la fois le prix du public et le prix du jury pour cette édition 2019 de "Ma thèse en 180 secondes" organisée par le collège doctoral de l’Université PSL!

Explications. Son doctorat s’intitule : « Cristaux nanostructurés pour les technologies optiques quantiques », sous la direction de Philippe Goldner (ED 397 Physique et Chimie des matériaux) et pour nous faire mieux comprendre ses recherches en seulement 180 secondes, ils nous a plongé au cœur « du théâtre de la mémoire vive » en lien avec les ordinateurs quantiques; son travail de recherche s’intéressant plus précisément aux technologies optiques quantiques, et à la structure des cristaux en jeu. Alexandre nous propose de nous emmener dans cet ordinateur du futur. Dans ce monde de l’infiniment petit, il y a un nanomatériau dans lequel se trouve une petite troupe d’atomes. Pour travailler dans la mémoire vive quantique, ces atomes sont sélectionnés par un casting un peu particulier. Celui de "Danse avec les atomes".
 
Sa méthodologie de recherche? Devenir chorégraphe de ces atomes. Ainsi, nous explique t-il, ces atomes ont la particularité d’avoir deux poses bien distinctes, ou deux états d’énergie. Une pose au repos -état fondamental-, et une pose d’énergie excitée. Les phénomènes quantiques présents à cette échelle leur permettent d’osciller entre ces deux poses, et de danser dans le continuum des états issus de ces deux poses. En physique quantique, on peut mettre de l’information dans des atomes, via cette mystérieuse danse qu’ils sont capables de garder en mémoire. Le doctorant, leur donne donc des instructions précises. Et pour cela, il utilise un instrument de musique un peu spécial : une source laser, identique à un pointeur laser du quotidien, mais plus intense, plus brillant. Il dispose alors de l’énergie suffisante pour faire entrer ces atomes dans la danse. Ainsi, Alexandre leur apprend une série de mouvements, et ensemble, les atomes dansent et produisent une chorégraphie. Cette chorégraphie, c’est ce que l’on appelle l’information quantique, générée par la source laser, et elle repose sur l’effet d’ensemble qui se dégage de la danse, que l’on appelle aussi cohérence quantique.
 
Mais aussi bons danseurs qu’ils soient, ces atomes sont parfois distraits par leur environnement chimique proche. Par exemple, il suffit qu’un atome de la troupe fasse une erreur en dansant, et celle-ci se propage à tous les atomes.  Ou encore s’il y a trop d’atomes sur scène, il leur devient impossible de danser correctement. Si bien qu’au bout d’un certain temps, nommé temps de cohérence, la chorégraphie d’ensemble ne ressemble plus à ce que le chorégraphe-doctorant leur avait enseigné initialement.

Son  travail de recherche, est donc d’optimiser les conditions de la danse, afin que le temps de cohérence soit le plus long possible. Pour cela, Alexandre apprend à connaitre les atomes en leur enseignant une séquence de mouvement simple puis il contrôle à différents instants si cette chorégraphie est bien conforme à l’enseignement initial. Avec ce contrôle assidu des mouvements appris, le doctorant est  alors capable d’estimer le temps de mémoire de la troupe d’atomes, un temps infiniment court puisqu’il est d’un millionième de secondes...
Alors pour augmenter ce temps, notre doctorant dorlote les atomes en leur choisissant le meilleur théâtre, la meilleure scène, le plus beau décor ; en d’autres mots : il synthétise, structure et optimise un nanomatériau dans lequel le temps de cohérence sera maximal.


Retour en images avec les explications d’Alexandre Fossati.