Thèse Chargement Continu de Matrices d'Atomes Neutres pour le Calcul Quantique H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Ondes et Matière Laboratoire de recherche : Laboratoire Charles Fabry Direction de la thèse : Thierry LAHAYE ORCID 0000000222609859 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-15T23:59:59 L'informatique quantique constitue un nouveau paradigme dans le domaine du calcul haute performance. En exploitant les lois de la physique quantique, les unités de traitement quantique (QPU, Quantum Processing Units) devraient permettre de résoudre des classes de problèmes computationnels complexes, notamment les simulations quantiques et les problèmes d'optimisation, en utilisant moins de temps de calcul et d'énergie que leurs équivalents classiques. Ce domaine connaît actuellement une forte dynamique internationale, avec des acteurs universitaires et industriels qui s'efforcent de développer des QPU reposant sur différentes architectures et technologies.

PASQAL développe des QPU à atomes neutres spécifiquement conçus pour résoudre des problèmes concrets [1], en utilisant une technique innovante mise au point par le groupe notre groupe [2] au Laboratoire Charles Fabry.

Les atomes neutres sont refroidis et piégés dans des réseaux configurables de pinces optiques. Les interactions entre les atomes, qui sont au coeur des protocoles d'informatique quantique, sont déclenchées en excitant les atomes vers des états de Rydberg.

L'un des principaux facteurs limitant les performances des QPU de PASQAL est la fréquence de calcul, actuellement limitée à quelques hertz, ce qui augmente considérablement le temps de calcul. Cette limitation provient principalement de la manière dont les atomes sont chargés dans les pinces optiques puis réarrangés afin d'obtenir la configuration spatiale souhaitée. Une solution permettant de résoudre ce problème et d'augmenter considérablement la fréquence de cycle du QPU consiste à développer une technique de chargement continu [3] permettant d'alimenter en permanence les registres quantiques avec de « nouveaux » atomes lorsque certains atomes sont perdus, par exemple à la suite de collisions avec des atomes du gaz résiduel présent dans l'enceinte à vide. Cette approche permet de supprimer complètement l'étape longue consistant à charger les atomes depuis un nuage d'atomes présent dans un piège magnéto-optique.

Le chargement continu, associé à des mesures non destructives [4], permettrait de faire fonctionner les QPU à une fréquence beaucoup plus élevée et ainsi de réduire le temps de calcul des algorithmes quantiques. Ce développement est également important pour les mesures à mi-circuit (mid-circuit measurements) [5], nécessaires à l'informatique quantique tolérante aux fautes (Fault-Tolerant Quantum Computing). Par ailleurs, le réarrangement des atomes dans de grands réseaux de pinces optiques est particulièrement complexe [6], et ce mode de fonctionnement du QPU pourrait permettre d'améliorer significativement la capacité de passage à l'échelle de la plateforme à atomes neutres.

Projet de thèse

Ce projet de doctorat s'appuiera sur les idées décrites ci-dessus. L'objectif sera de construire un prototype de R&D d'un QPU au sein du laboratoire commun PASQAL-LCF, afin de démontrer le fonctionnement en chargement continu. Ce projet contribuera au développement de nouvelles générations de QPU de PASQAL, tout en ouvrant de nouvelles perspectives expérimentales dans le domaine des simulations quantiques de systèmes à N corps au LCF.

Le ou la doctorant(e) apportera une contribution essentielle à ce projet en :

Participant à l'étude bibliographique et à l'exploration de différentes options d'architecture pour la conception du prototype.
Participant à la construction et à la validation du prototype de R&D.
Participant à la mise en oeuvre expérimentale et à la démonstration du procédé de chargement continu.

Le ou la doctorant(e) travaillera en interaction avec le groupe Optique quantique - Atomes du LCF, ainsi qu'avec plusieurs équipes du département Hardware de PASQAL, et sera ainsi amené(e) à découvrir l'organisation et les méthodes de travail de l'entreprise. Voir ci-dessus. Voir ci-dessus.