Stage - Ingénieur R&D H/F Exail

Sujet : Caractérisation et évaluation des performances ultimes d'une horloge atomique commerciale
Exail est une ETI où l'innovation, la recherche de la performance, l'autonomie, l'esprit entrepreneurship et le sens collaboratif sont des valeurs fondamentales. La division Quantum Systems développe et commercialise différentes solutions à haute valeur ajoutée basées sur des technologies à atomes froids dans un esprit de transferts technologiques issus de laboratoires reconnus internationalement tels que l'Institut d'Optique (LP2N) et l'Observatoire de Paris (SYRTE-LTE). Spécialisée dans l'instrumentation scientifique de précision, elle propose parmi celles-ci une horloge atomique commerciale aux performances inégalées sur le marché.

Dans cet environnement à la croisée des chemins entre une entreprise innovante et une recherche appliquée de haut vol, ce projet consiste à optimiser les performances d'une horloge atomique basée sur l'interrogation d'un nuage d'atomes refroidis par laser dans une cavité micro-onde [1]. Cet instrument vise à fournir une référence de fréquence industrielle de très hautes stabilité et exactitude (stabilité relative meilleure que 10-15 [2], correspondant à une dérive inférieure à 1 s au bout de 30 millions d'années, et exactitude de l'ordre de 10-14 [3]) pour des applications en métrologie temps/fréquence telles que la définition des échelles de temps ou la synchronisation des systèmes GNSS (GPS, Galiléo...). Ce projet innovant a pour ambition d'amener les technologies quantiques à un niveau de maturité industriel afin de proposer commercialement des solutions temps/fréquence performantes, robustes et faciles d'utilisation.

L'objectif du stage est d'optimiser une des horloges atomiques développées par Exail, appelées MuClocks, afin de démontrer les meilleures performances court et long termes de ces horloges. Le produit utilisé bénéficiera des dernières améliorations mise en place lors d'une thèse finalisée en 2025 [4]. Ces améliorations visent principalement à limiter certains effets systématiques et améliorer le court terme de l'horloge. Le travail à effectuer sera principalement expérimental, mais la bonne évaluation des effets systématiques nécessitera des connaissances en physique théorique. Aussi, ce stage sera l'opportunité de :

- Finaliser les différentes améliorations prévues sur cette MuClock,
- Optimiser le fonctionnement de l'horloge avec ces améliorations,
- Caractériser les performances en stabilité de cette horloge chez un de nos partenaires,
- Ré-évaluer le bilan d'exactitude ultime de cette horloge.

Références :

[1] F.-X. Esnault, Etude des performances ultimes d'une horloge compacte à atomes froids : optimisation de la stabilité court terme, thèse de doctorat, Université Pierre et Marie Curie (2009).

[2] B. Pelle, L. Archambault, B. Desruelle, and A. Landragin, Cold-atom-based commercial microwave clocks at 1×10-15 relative instability over more than one month, Proceedings of the 2022 Joint Conference of the European Frequency and Time Forum and IEEE International Frequency Control Symposium (EFTF-IFCS 2022).

[3] L. Archambault, F. Sparma, L. Lorini, A. Landragin, B. Desruelle, P. Rosenbusch, and B. Pelle, Towards an Accuracy Budget of Cold-Atom-Based Commercial Microwave Clocks, Proceedings of 2024 European Frequency and Time Forum (EFTF), Neuchâtel, Switzerland (2024).

[4] L. Archambault, Etude des performances ultimes d'une horloge compacte à atomes refroidis par laser, thèse de doctorat, Sorbonne Université (2025).