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Members
Date
October 17, 2023 10:00 AM
-
October 18, 2023 3:30 PM
Lieu de l'événement
Hôtel Château Bromont
10 h 55 Mot d'ouverture (Salon A)
11 h Quoc Huy Vu, Léonard de Vinci Pôle Universitaire, France (Salon A)
Chiffrement à clé publique avec des clés quantiques
12 h Dîner (Salle Knowlton)
13 h 30 Philippe Lamontagne, CNRC Montréal (Salon A)
Avancées récentes dans le modèle de stockage quantique borné
14 h 15 Denis Rochette, Université d'Ottawa (Salon A)
Monogamie des états hautement symétriques
14 h 40 Ashutosh Marwah, Université de Montréal (Salon A)
Corrélations de la source en QKD
15 h Pause-café (Salon C)
15 h 25 Kai Wang, Université McGill (Salon A)
Photonique topologique non hermitienne dans des dimensions synthétiques
16 h 10 Rigel Zifkin, Université McGill (Salon A)
Amélioration par cavité des centres de défauts du diamant
16 h 30 Présentations de l'écosystème quantique
- Jinny Plourde (Directrice, PROMPT), Sébastien Garbarino (Directeur, PRIMA) et Sylvain Nicolay (Professeur, UdeS)
Financer vos projets quantiques
- Lydia Vermeyden, Directrice du développement des nouveaux services à la recherche, Calcul Québec
MonarQ, l'informatique quantique à votre service
- Jérôme Cabana, Directeur du développement des affaires, Mitacs
Comment Mitacs contribue à accélérer l'innovation quantique
17 h 15 Session d'affiches avec rafraichissements (Salon C)
19 h 30 Souper INTRIQ (Salle Knowlton)
9 h – Denis Seletskiy, Polytechnique Montréal (Salon A)
Électrodynamique quantique expérimentale
9 h 45 – Baptiste Royer, Université de Sherbrooke (Salon A)
Encoder des qubits dans des oscillateurs harmoniques grâce à la correction d'erreurs quantiques
10 h 30 – Pause
11 h – Mark Friesen, Université du Wisconsin à Madison, États-Unis (Salon A)
Stratégies pour augmenter la séparation de vallées dans les qubits à boîtes quantiques Si/SiGe
12 h – Dîner
13 h 30 – Val Zwiller, Institut royal de technologie (KTH), Suède (Salon A)
Génération, manipulation et détection de photons uniques
14 h 30 – Pause
15 h – Cristóbal Lledó, Université de Sherbrooke (Salon A)
Lecture dispersive en QED de circuit
15 h 45 – Benjamin D’Anjou, Université de Sherbrooke (Salon A)
Prédire l'apparition d'effets non QND dans la lecture des qubits supraconducteurs
16 h 10 – Mot de clôture
Université du Wisconsin à Madison, États-Unis
Stratégies pour augmenter la séparation de vallées dans les qubits à boîtes quantiques Si/SiGe
Pour les qubits de spin dans des boîtes quantiques, on souhaite que le premier état excité de la boîte soit une excitation de spin. Cependant, dans les puits quantiques Si/SiGe, le premier état excité est souvent une excitation de vallée de la bande de conduction, dont la séparation en énergie est si faible qu'elle entre en concurrence avec le spin pour former les qubits. Pour surmonter ce défi, des hétérostructures particulières ont été conçues, notamment avec des interfaces abruptes et des puits quantiques étroits. Dans cet exposé, je montre que de telles stratégies ne résolvent pas le problème des faibles séparations de vallées. À l'aide de méthodes théoriques et de simulations numériques, nous étudions le désordre d'interface, y compris les marches atomiques et les alliages aléatoires de SiGe. En comparant nos résultats aux expériences, nous montrons que ces derniers sont responsables de la grande variété de séparations de vallées observées expérimentalement, même entre des échantillons nominalement identiques. Nous proposons de tirer parti de cette variabilité en contrôlant électriquement la position de la boîte afin d'ajuster la séparation de vallées.
Léonard de Vinci Pôle Universitaire, Centre de recherche, France
Chiffrement à clé publique avec des clés quantiques
Dans le cadre des cinq mondes d'Impagliazzo, on distingue souvent deux mondes : l'un où le chiffrement à clé publique existe (Cryptomania), et l'autre où seules les fonctions à sens unique existent (MiniCrypt). Cependant, les frontières entre ces mondes peuvent changer lorsque l'information quantique est prise en compte. Des travaux récents ont montré que des variantes quantiques du transfert inconscient (oblivious transfer) et du calcul multipartite, deux primitives qui relèvent classiquement de Cryptomania, peuvent être construites à partir de fonctions à sens unique, ce qui les place dans le domaine du MiniCrypt quantique (appelé MiniQCrypt). Cela soulève naturellement la question suivante : est-il possible de construire une variante quantique du chiffrement à clé publique, qui est au cœur de Cryptomania, à partir de fonctions à sens unique ou d'hypothèses potentiellement plus faibles ?
Dans cet exposé, je présenterai de nouvelles notions de chiffrement quantique à clé publique (qPKE), c'est-à-dire un chiffrement à clé publique dans lequel les clés peuvent être des états quantiques. J'aborderai ensuite la possibilité (ou l'impossibilité) de construire un PKE quantique à partir de différentes hypothèses.
Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec Khashayar Barooti, Alex B. Grilo, Loïs Huguenin-Dumittan, Giulio Malavolta, Or Sattath et Michael Walter.
Sujet à venir
Nanophotonique quantique, Département de physique appliquée, Institut royal de technologie (KTH), Stockholm, Suède
Génération, manipulation et détection de photons uniques
Nous développons des dispositifs quantiques qui permettent la mise en œuvre de technologies quantiques fondées sur le contrôle de la lumière à l'échelle du photon unique. Les futures technologies de communication, de calcul et de détection quantiques nécessiteront des dispositifs quantiques à haute performance capables de générer et de détecter la lumière un photon à la fois.
Notre groupe met également au point des schémas de manipulation de la lumière sur puce fondés sur la photonique intégrée. Nos sources de photons uniques basées sur des boîtes quantiques semiconductrices peuvent générer des photons uniques ainsi que des paires de photons intriqués aux longueurs d'onde des télécommunications, ce qui permet la mise en œuvre de communications quantiques à longue distance. Nous exploitons un réseau quantique composé de fibres optiques déployées dans la région de Stockholm et y démontrons la transmission de photons uniques et la génération de clés quantiques sur 34 km.
Les détecteurs de photons uniques à haute efficacité de détection, à faible bruit et à haute résolution temporelle sont des technologies habilitantes majeures ; notre entreprise dérivée Single Quantum développe des détecteurs de photons uniques à nanofils supraconducteurs, dont les applications vont des communications quantiques et des circuits quantiques intégrés jusqu'au lidar et à la microscopie quantique. Nous discuterons de ces applications ainsi que des exigences propres aux détecteurs pour les technologies fondées sur la détection de photons uniques. D'autres améliorations en matière de résolution temporelle, de résolution du nombre de photons et d'élargissement des plages de détection seront également abordées.
Directeur du développement des affaires, Mitacs
Comment Mitacs contribue à accélérer l'innovation quantique
Découvrez comment Mitacs soutient les écosystèmes quantiques partout au Canada grâce à un financement accru pour la mobilité étudiante internationale et à des ententes-cadres qui permettent de lancer plus rapidement des collaborations de recherche.
Directrice des programmes PSO, Quantique et INNOV-R, PROMPT
Directeur Infrastructure et Innovation, PRIMA
Professeur, Université de Sherbrooke (UdeS)
Financer vos projets quantiques
Nous présenterons un bref survol du financement accessible par l'intermédiaire de PROMPT ou de PRIMA pour votre projet quantique, et le Pr Nicolay présentera le projet récemment financé « Advanced Manufacturing Toolkit for Quantum Sensing and Quantum Computing ». Ce projet vise à développer un banc d'essai et de mesure électronique afin d'accélérer la boucle de rétroaction entre la conception, la fabrication et la validation des technologies quantiques québécoises.
Directrice du développement des nouveaux services à la recherche, Calcul Québec
MonarQ, l'informatique quantique à votre service
Calcul Québec accueillera dans les prochains mois MonarQ, un ordinateur quantique universel. Explorez les possibilités qu’amène cette acquisition et le rôle qu’elle pourrait jouer dans vos travaux de recherche.
Professionnel de recherche, Université de Sherbrooke
Directeur : Alexandre Blais
Prédire l'apparition d'effets non QND dans la lecture des qubits supraconducteurs
On croit généralement qu'un processeur quantique extensible nécessitera la correction d'erreurs. Bon nombre des protocoles de correction d'erreurs quantiques les plus prometteurs exigent que les qubits du processeur soient lus en continu afin de détecter les erreurs logiques. Pour être utile à la correction d'erreurs, la lecture devrait idéalement posséder les propriétés suivantes. D'abord, elle doit être effectuée plus rapidement que le taux de décohérence des qubits de données. Ensuite, elle doit laisser les qubits de lecture du syndrome dans un état connu pour la suite du traitement. Cette dernière condition est naturellement remplie si la lecture est quantique non destructive (QND). Les qubits supraconducteurs couplés à des résonateurs de lecture micro-ondes constituent l'une des plateformes les plus prometteuses pour réaliser une telle lecture QND rapide. Cependant, on réduit généralement le temps de lecture en excitant le résonateur avec un signal micro-onde de forte puissance. Cela peut induire des transitions indésirables du qubit qui laissent le système dans un état inconnu. Prédire l'apparition de ces transitions indésirables est un problème de longue date dans l'étude des qubits supraconducteurs. Dans ces travaux, nous montrons que l'apparition de transitions non QND dans un qubit transmon excité peut être prédite avec précision à partir d'un modèle purement classique. Plus précisément, nous montrons que le mouvement chaotique induit par la non-linéarité du transmon à forte puissance d'excitation réduit l'aire de l'espace des phases nécessaire au maintien d'états de qubit stables [1]. Nous utilisons cette observation pour définir un « nombre critique de photons assisté par le chaos », qui s'avère étonnamment en accord avec des résultats expérimentaux récents sur une large plage de paramètres [2]. Enfin, nous effectuons des simulations entièrement quantiques et semi-classiques pour affiner nos prédictions, et nous proposons des pistes pour atténuer les effets non QND.
[1] Cohen et al., PRX Quantum 4, 020312 (2023)
[2] Khezri et al., arXiv:2212.05097 (2022)
Chercheur, CNRC Montréal
Avancées récentes dans le modèle de stockage quantique borné
Le modèle de stockage quantique borné (BQS) repose sur l'hypothèse cryptographique selon laquelle les adversaires quantiques disposent de capacités de stockage quantique limitées, généralement exprimées comme une fraction du nombre de qubits transmis au cours d'un protocole. Pour diverses tâches, l'hypothèse BQS peut remplacer des hypothèses calculatoires fondées sur l'existence de problèmes difficiles. Le modèle BQS est motivé par la difficulté de stocker des qubits transmis pendant plus de quelques secondes avec une haute fidélité, ainsi que par ses propriétés de sécurité améliorées (les secrets demeurent inconditionnellement cachés après la fin du protocole, au lieu d'être simplement difficiles à calculer).
La plupart des recherches sur le modèle BQS ont eu lieu il y a 10 à 15 ans et ont fourni une solution de rechange aux hypothèses calculatoires pour des tâches cryptographiques multipartites génériques. Récemment, l'hypothèse BQS a été revisitée comme moyen de réaliser des tâches qui seraient autrement impossibles, même avec des hypothèses calculatoires. Cela est rendu possible par le fait que les protocoles du modèle BQS nécessitent généralement moins de rondes d'interaction que leurs équivalents classiques. Dans cet exposé, nous présenterons certains de ces nouveaux résultats.
Stagiaire postdoctoral, Université de Sherbrooke
Directeur : Alexandre Blais
Lecture dispersive en QED de circuit
Introduction au régime dispersif et à la lecture dispersive en QED de circuit. Si le temps le permet, nous discuterons de méthodes récentes permettant d'améliorer la lecture par rapport à l'approche standard.
Doctorant, Université de Montréal
Directeur : Frédéric Dupuis
Corrélations de la source en QKD
Les protocoles de cryptographie quantique exigent souvent qu'une partie honnête produise plusieurs états quantiques indépendants. Par exemple, les protocoles de distribution quantique de clés (QKD) exigent que la participante honnête, Alice, produise à chaque ronde du protocole un état quantique choisi indépendamment parmi un ensemble d'états. Les preuves de sécurité de ces protocoles reposent sur le fait que l'état quantique produit à chaque ronde est indépendant de ceux des autres rondes. Cependant, cette propriété est difficile à garantir en pratique. Tous les dispositifs physiques possèdent une mémoire interne, difficile à caractériser et à contrôler. Cette mémoire peut faire en sorte que les états quantiques produits lors de rondes différentes soient corrélés entre eux. Dans cet exposé, nous montrerons comment un simple test de préparation de la source permet de borner ces corrélations et de les intégrer à la preuve de sécurité des protocoles de QKD.
Stagiaire postdoctoral, Université d'Ottawa
Directrice : Anne Broadbent
Monogamie des états hautement symétriques
Nous étudions à quel point deux particules peuvent être fortement intriquées lorsqu'elles sont également intriquées avec d'autres particules. Pour ce faire, nous résolvons des problèmes d'optimisation motivés par la physique à N corps, la complexité algorithmique et la cryptographie quantique. En particulier, nous déterminons les valeurs maximales exactes possibles de la projection sur l'état maximalement intriqué et sur l'état de Werner antisymétrique pour un système de taille $n$. Nous obtenons ces valeurs optimales à l'aide de la dualité SDP et de la théorie des représentations des groupes symétrique et orthogonal ainsi que de l'algèbre de Brauer, ce qui relie directement nos travaux à l'étude de l'intrication dans le contexte des états de Werner et des états isotropes, ainsi qu'aux théorèmes de de Finetti quantiques.
Professeur, Université de Sherbrooke
Encoder des qubits dans des oscillateurs harmoniques grâce à la correction d'erreurs quantiques
Bien que quantique à son niveau fondamental, la nature paraît classique à l'échelle macroscopique. En effet, les objets de grande taille s'intriquent rapidement avec leur environnement, ce qui entraîne la perte rapide des cohérences quantiques individuelles. L'objectif de construire un ordinateur quantique comportant un grand nombre de qubits va à l'encontre de ce phénomène fondamental. Heureusement, la correction d'erreurs quantiques (QEC) permet, en principe, de préserver indéfiniment l'information dans un ordinateur quantique au prix de matériel et d'opérations supplémentaires, un coût parfois appelé surcoût de contrôle. Dans les tentatives de mise en œuvre d'un tel processus de QEC réalisées jusqu'à présent, le surcoût de contrôle a engendré un surplus d'erreurs qui dépasse la capacité de correction du processus lui-même.
Dans cet exposé, je présenterai une approche prometteuse pour les ordinateurs quantiques : utiliser des modes d'oscillateurs harmoniques pour encoder des qubits. En raison de leur grand nombre de niveaux quantiques et du fait qu'ils peuvent avoir une longue durée de vie, les oscillateurs harmoniques comme les cavités micro-ondes constituent une approche de la QEC économe en matériel. Je présenterai des résultats expérimentaux récents qui démontrent pour la première fois une caractéristique au cœur de la QEC : il est possible de surmonter le surcoût de contrôle et d'utiliser un système composite pour prolonger la durée de vie de l'information quantique au-delà du temps de cohérence des sous-systèmes individuels. J'aborderai également les différentes avancées qui ont permis d'atteindre ce jalon : des protocoles de QEC améliorés, de nouvelles techniques de contrôle et l'utilisation de l'apprentissage par renforcement moderne.
Professeur, Polytechnique Montréal
Électrodynamique quantique expérimentale
Les approches traditionnelles de l'optique quantique s'inscrivent dans l'espace réciproque fréquence-impulsion. Dans cet exposé, je présenterai des avancées récentes vers l'optique quantique sous-cycle, où l'on accède plutôt aux champs quantiques dans une région localisée de l'espace-temps. Les deux régimes seront comparés côte à côte afin de faire ressortir les avantages de chaque approche, en mettant particulièrement l'accent sur des propositions de détection quantique [1-3] dans le domaine de l'infrarouge moyen.
Dans la dernière partie de l'exposé, je résumerai les avancées récentes dans la production d'états de vide comprimé brillants à un et à deux modes, de quelques cycles, approchant des nombres de photons macroscopiques [4]. De telles capacités devraient ouvrir une nouvelle ère de l'optique quantique non linéaire (extrême) dans le régime attoseconde [5].
[1 ]Échantillonnage électro-optique amélioré au moyen de sondes quantiques (Enhanced electro-optic sampling with quantum probes)
Stéphane Virally, Patrick Cusson, DVS, Phys.Rev. Lett. 127, 270504 (2021)
[2] Métrologie sous-cycle autoréférencée des champs quantiques (Self-referenced subcycle metrology of quantum fields)
S. Gündoğdu, S. Virally, M.Scaglia, DVS, A.S. Moskalenko, Laser Phot. Rev. 17, 2200706 (2023)
[3] Mesure directe de la fonction Q de Husimi du champ électrique dans le domaine temporel (Direct measurement of Husimi-Q function of electric field in time-domain)
Sho Onoe, Stéphane Virally, DVS, arXiv:2307.13088(2023)
[4] Impulsions de sonde à faisceaux jumeaux pour l'échantillonnage sous-cycle des champs quantiques dans l'infrarouge moyen (Twin beam probe pulses for subcycle sampling of mid-IR quantum fields)
Patrick Cusson; Stéphane Virally; DVS,IRMMW-THz Conference, paper Th-PM2-5-7 (2023)
[5] Prix Nobel de physique 2023 : Pierre Agostini, Ferenc Krausz et Anne L'Huillier. Pour les méthodes expérimentales qui génèrent des impulsions lumineuses attosecondes pour l'étude de la dynamique des électrons dans la matière.
Professeur, Université McGill
Photonique topologique non hermitienne dans des dimensions synthétiques
Les caractéristiques topologiques non triviales des bandes d'énergie des systèmes non hermitiens offrent des voies prometteuses pour obtenir des comportements physiques robustes dans des systèmes ouverts classiques ou quantiques. Les avancées récentes dans la synthèse de dimensions au-delà du degré de liberté spatial, en particulier en photonique, ont procuré une flexibilité sans précédent pour réaliser des hamiltoniens de réseau. Une approche de la topologie non hermitienne fondée sur les dimensions synthétiques peut ouvrir de nouvelles possibilités d'observer des effets topologiques non hermitiens difficiles à obtenir par d'autres moyens.
Dans cet exposé, je résumerai certains de nos résultats sur l'exploration expérimentale de la topologie des valeurs propres non hermitiennes rendue possible par le concept de dimensions synthétiques. Plus précisément, une caractéristique topologique clé des systèmes non hermitiens est l'enroulement non trivial d'une bande d'énergie dans le plan complexe des énergies. Je présenterai nos démonstrations expérimentales de l'enroulement topologique des énergies de bandes non hermitiennes, obtenues en implémentant des hamiltoniens de réseau non hermitiens le long d'une dimension synthétique en fréquence formée dans un résonateur en anneau soumis simultanément à des modulations de phase et d'amplitude. De plus, avec deux bandes non hermitiennes ou plus, le système peut être classé topologiquement au moyen de groupes de tresses non triviaux. En généralisant l'expérience à deux résonateurs en anneau modulés, nous avons réalisé la démonstration expérimentale d'une telle topologie de groupe de tresses, avec deux bandes d'énergie qui se tressent l'une autour de l'autre pour former des nœuds ou des entrelacs non triviaux. Nos expériences montrent également que l'enroulement ou le tressage topologique peut être contrôlé en modifiant la forme d'onde de modulation.
Doctorant, Université McGill
Directrice : Lilian Childress
Amélioration par cavité des centres de défauts du diamant
Les centres de défauts du diamant constituent une plateforme d'interface spin-photon prometteuse grâce à leurs transitions optiques dépendantes du spin, semblables à celles d'un atome. De plus, leur couplage aux spins nucléaires permet une multitude d'applications en information quantique. Atteindre un couplage élevé avec de tels émetteurs représente un défi de longue date pour la réalisation d'un système de QED en cavité à haute coopérativité et limite les réalisations de pointe de protocoles d'intrication. En intégrant des centres de défauts dans des cavités optiques micrométriques à faibles pertes, l'effet Purcell peut grandement améliorer le taux d'émission et de collecte de photons uniques cohérents ; cela introduit toutefois de nombreux défis expérimentaux. Je présenterai nos résultats récents, qui montrent des réductions importantes de la durée de vie de l'état excité dans un système de défauts germanium-lacune couplé à une microcavité cryogénique.
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Bertrand Reulet
Sujet à venir
Étudiante à la maîtrise, Polytechnique Montréal
Directeur : Oussama Moutanabbir
Sujet à venir
Stagiaire postdoctoral, CNRC Ottawa
Directeur : Louis Gaudreau
Magnétotransport dans un canal 1D défini par grilles dans une monocouche de WSe2
Le confinement quantique dans les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) bidimensionnels (2D) offre la possibilité de créer des circuits quantiques utiles pour les technologies quantiques. L'interaction entre le spin et la vallée des porteurs de charge, ainsi que la possibilité d'adresser leurs états quantiques électriquement et optiquement, font des TMD 2D une plateforme émergente pour le développement de dispositifs quantiques. Limitées par la difficulté d'obtenir des contacts de haute qualité sur les TMD semiconducteurs et par la qualité du matériau lui-même, les expériences de transport quantique sont rares. Nous présentons ici des expériences de transport portant sur des boîtes quantiques, des nanoconstrictions et de longs canaux 1D dans du diséléniure de tungstène monocouche entièrement encapsulé (WSe2), rendues possibles par l'obtention de contacts ohmiques à faible résistance.
Doctorant, Université McGill
Directeur : Bill Coish
Simulation d'une marche quantique topologique dans des dimensions synthétiques
Le cadre des dimensions synthétiques offre une nouvelle façon de concevoir des systèmes physiques. Dans ces travaux, nous présentons des progrès théoriques vers la simulation d'une marche quantique topologique dans un système ouvert, à l'aide de lumière classique dans un système de boucles de fibre couplées. Le modèle est intéressant, car il comporte une observable liée à sa phase topologique qui prend des valeurs universelles si la structure de l'environnement satisfait certaines conditions. La plateforme expérimentale que nous proposons est peu coûteuse et hautement ajustable. Nous collaborons étroitement avec le groupe de Philippe St-Jean à l'Université de Montréal, qui travaille à la mise en œuvre expérimentale.
Étudiant à la maîtrise, Polytechnique Montréal
Directeur : Nicolas Quesada
Améliorer la classification du nombre de photons : étude comparative à partir de signaux de capteurs à bord de transition
Nous présentons une étude comparative en source ouverte des méthodes de classification du nombre de photons à partir de signaux de capteurs à bord de transition. Cette recherche est motivée par le désir d'améliorer la performance des systèmes existants utilisés en optique quantique et en information quantique. Nous tentons de quantifier l'incidence de l'analyse des signaux sur la distinction de tels signaux.
De plus, la popularité croissante des outils en source ouverte dans le domaine de l'apprentissage automatique rend la mise en œuvre de ces techniques plus facile que jamais. Parmi ces méthodes, l'utilisation des réseaux de neurones présente un potentiel important en raison de leur capacité à interpréter des signaux complexes. Cependant, le grand nombre de paramètres de conception peut intimider les utilisateurs qui n'ont pas de connaissances préalables du domaine. Pour combler cet écart et simplifier l'utilisation des réseaux de neurones, une API de haut niveau a été créée à partir de bibliothèques populaires et fiables comme Pytorch et Scikit-learn. L'API permet aux utilisateurs de concevoir des modèles d'autoencodeurs et de les entraîner au moyen de configurations conviviales. Les modèles entraînés peuvent ensuite être chargés pour traiter efficacement les signaux. Cette structure permet l'apprentissage non supervisé et le filtrage, deux caractéristiques intéressantes pour des mesures précises.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Stefanos Kourtis
Sujet à venir
Étudiante et étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Alexandre Blais
Prédire l'apparition d'effets non QND dans la lecture des qubits supraconducteurs
La lecture dispersive du transmon peut être non QND en raison de la fuite du qubit vers des états excités supérieurs. La dynamique complète, l'analyse des états propres habillés, la théorie de Floquet et la signature du chaos classique ont été utilisées pour prédire l'apparition du caractère non QND. Dans ces travaux, nous montrons que ces différentes approches mènent aux mêmes prédictions, que nous comparons aux expériences.
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Bertrand Reulet
Violation du bilan détaillé dans les circuits micro-ondes
Nous étudions la violation du bilan détaillé, dans les domaines fréquentiel et temporel, de circuits maintenus hors équilibre par la présence de deux sources de bruit et sondés par deux amplificateurs micro-ondes. Dans le domaine fréquentiel, nous considérons la chaleur, la puissance croisée et le moment cinétique dans le plan des tensions comme mesures globales. Nous montrons comment relier ces quantités à la matrice de diffusion des circuits et présentons des mesures de ces grandeurs à température ambiante dans des circuits présentant diverses symétries spatiales et de renversement du temps, fonctionnant entre 4 et 8 GHz. Dans le domaine temporel, nous fournissons une sonde directe de la violation du bilan détaillé en imageant la densité de courant de probabilité dans le plan des tensions.
Étudiante à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Mathieu Juan
Boîtes quantiques dans le GaAs non dopé : amélioration de la fabrication et des mesures
Les dispositifs à boîtes quantiques offrent une excellente cohérence, une grande efficacité de mesure et de petites dimensions, ce qui en fait une approche prometteuse pour le calcul quantique. Néanmoins, l'intégration d'un grand nombre de boîtes quantiques demeure difficile. Ce projet s'attaque à ce problème en simplifiant l'architecture des boîtes quantiques. Concrètement, en utilisant un dispositif à double boîte quantique1 couplé à un résonateur supraconducteur sur GaAs non dopé et en envoyant de la lumière à une longueur d'onde choisie pour créer des paires électron-trou, nous pouvons éliminer bon nombre des composants habituellement présents dans les boîtes quantiques standard définies par grilles. Néanmoins, certains problèmes surviennent au cours du processus, comme la difficulté de prédire le comportement du dispositif avant et après la création des charges, l'efficacité de la géométrie des grilles et la nécessité d'une lecture rapide et précise, entre autres. Dans ces travaux, nous explorons différentes solutions à certaines des limites actuelles des dispositifs à boîtes quantiques. La résolution des équations de Poisson et de Schrödinger pour le dispositif et l'étude de l'interaction lumière-matière nous permettent de mieux comprendre ses propriétés physiques ainsi que les effets de la géométrie des grilles sur la fonction d'onde. En ce qui concerne la lecture, l'utilisation d'un circuit de conversion montante/descendante sur mesure, peu coûteux et modulaire permet une mesure rapide et précise de la population de charges dans le dispositif. Le facteur de qualité du résonateur sera également étudié à l'aide de différentes méthodes de fabrication et géométries.
1 L'affiche de Pierre Lefloïc et Steve Lamoureux présentera plus en détail le fonctionnement de nos dispositifs actuels.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Bertrand Reulet
Sujet à venir
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Alexandre Blais
Combiner la caractérisation par apprentissage automatique et le contrôle optimal quantique pour améliorer les opérations sur les qubits supraconducteurs
La théorie du contrôle optimal quantique offre une boîte à outils puissante pour concevoir des formes d'impulsions capables de réaliser, en simulation numérique, les opérations quantiques souhaitées avec une fidélité extrêmement élevée. Toutefois, lors de la mise en œuvre de ces impulsions en pratique, l'avantage des impulsions optimales par rapport à de simples formes analytiques est souvent fortement réduit. Une part importante de cet écart peut être attribuée à l'incapacité du modèle numérique à saisir précisément la dynamique quantique complète générée par l'électronique de contrôle. Nous nous attaquons ici directement à ce problème en élaborant un cadre qui décompose en deux parties le problème de la réalisation d'opérations quantiques de haute fidélité. Premièrement, nous utilisons l'apprentissage automatique inspiré de la physique pour inférer un modèle précis de la dynamique à partir de données expérimentales. Nous examinons une gamme de modèles entraînables, des réseaux de neurones de type boîte noire jusqu'aux solveurs d'équations maîtresses de Lindblad physiquement informatifs. Deuxièmement, nous utilisons un tel modèle numérique entraîné, combiné au contrôle optimal quantique de pointe, pour trouver des formes d'impulsions qui réalisent des portes quantiques avec une précision maximale compte tenu de nos contraintes expérimentales. À l'aide de simulations numériques, nous montrons qu'il est possible d'apprendre à partir de données réalistement disponibles pour caractériser avec précision la dynamique des qubits et découvrir des portes arbitraires à un qubit de haute fidélité. Nous démontrons ensuite notre cadre dans un contexte expérimental en optimisant l'ensemble de portes de Clifford d'un qubit transmon supraconducteur.
Doctorant, Polytechnique Montréal
Directeur : Nicolas Quesada
Simulation par circuit quantique de l'optique linéaire à l'aide d'un encodage fermion-qubit
Nous proposons un protocole de simulation numérique du processus de diffusion linéaire de bosons discernables, fondé sur les états effectivement bosoniques de multi-fermions. En combinant ce phénomène avec une méthode de transformation entre fermions et qubits comme la transformation de Jordan-Wigner, nous construisons un protocole permettant de simuler le processus de diffusion linéaire de N photons dans M modes à l'aide d'ordinateurs quantiques numériques. Notre méthode comprend également une façon simple et intuitive de contrôler la discernabilité des bosons. Nous avons conçu un circuit quantique pour simuler le creux de Hong-Ou-Mandel de bosons possédant un degré de liberté interne discret, ce qui a été vérifié sur IBMQ et IonQ.
Doctorants, Université de Sherbrooke
Directeur : Alexandre Blais
Boîte à outils pour les modèles dispersifs non réciproques en QED de circuit
Pour faire face à la complexité croissante des processeurs quantiques, des approches systématiques ont été mises au point pour caractériser le hamiltonien quantique effectif à basse énergie des circuits supraconducteurs ; elles tiennent compte de la nature multimode du circuit distribué tout en étant indépendantes de la conception particulière du circuit. Nous élargissons ici la boîte à outils existante afin d'y intégrer des éléments non réciproques et des taux de décroissance corrélés. Notre méthode fournit des équations maîtresses de Lindblad dispersives effectives pour des qubits supraconducteurs faiblement anharmoniques couplés par un système linéaire non réciproque générique sans dissipation, avec des paramètres de couplage et des taux de décroissance effectifs exprimés en fonction des paramètres d'immittance caractérisant le coupleur. Cette méthode peut servir à la conception de processeurs quantiques supraconducteurs complexes avec un routage non trivial de l'information quantique, ainsi que de simulateurs quantiques analogiques de systèmes de matière condensée.
Doctorant, CNRC Ottawa
Directeur : Louis Gaudreau
Mesures de transport électronique de dispositifs en barre de Hall définis électrostatiquement dans une monocouche de WSe2
La quête de matériaux toujours plus petits et plus minces a mené les chercheurs à atteindre l'ultime frontière lorsque, en 2004, le premier article sur le graphène monocouche a été publié. Cette découverte a donné naissance à un nouveau domaine de recherche : l'étude des matériaux bidimensionnels (2D) et de leurs hétérostructures. Ces matériaux sont composés de couches qui peuvent être isolées grâce aux faibles forces de van der Waals entre les couches. L'une des catégories les plus prometteuses de matériaux 2D est celle des dichalcogénures de métaux de transition (TMD) semiconducteurs. Les TMD ont la particularité de passer de semiconducteurs à bande interdite indirecte à semiconducteurs à bande interdite directe lorsqu'on les amincit du cristal massif jusqu'à la monocouche, c'est-à-dire une seule couche d'atomes, ce qui modifie leurs caractéristiques optiques et électriques.
L'une des applications les plus prometteuses des semiconducteurs 2D est celle des dispositifs quantiques fondés sur le confinement des porteurs de charge dans des TMD monocouches à l'aide de grilles électrostatiques. Dans cette optique, l'un des principaux facteurs de mérite des dispositifs quantiques à base de TMD est la mobilité à effet de champ, puisqu'elle est nécessaire au fonctionnement efficace des dispositifs. La faible mobilité des semiconducteurs 2D est actuellement l'un des principaux facteurs qui limitent l'utilisation plus large de ces matériaux dans des applications pratiques.
Dans cette affiche, je présenterai nos plus récents travaux sur l'étude de la mobilité ainsi que de l'effet Hall quantique dans des dispositifs quantiques à base de WSe2 monocouche en géométrie de barre de Hall, une norme de mesure dans le domaine.
Stagiaire, Polytechnique Montréal
Directeur : Nicolas Quesada
N'importe quelle valeur de la fonction de cohérence du second ordre peut être associée à un état gaussien monomode
En optique quantique, la fonction de cohérence du second ordre, ou fonction g^{(2)}, est une mesure utile pour décrire le comportement quantique d'une source lumineuse. Par exemple, on suppose souvent qu'une valeur proche de 0 implique une source de photons uniques, tandis qu'une valeur proche de 1 correspond davantage à une source au comportement classique.
La fonction g^{(2)} prend des valeurs réelles et positives et peut être calculée pour chaque état quantique. Par conséquent, elle ne peut garantir le type d'état produit par la source, puisque plus de deux états peuvent avoir la même valeur de g^{(2)}.
Pour le démontrer, nous avons pu trouver des états gaussiens monomodes, c'est-à-dire des états dont la fonction de Wigner est gaussienne, pour n'importe quelle valeur de g^{(2)}. Nous avons choisi de travailler avec ces états, car ce sont les plus faciles à produire en laboratoire.
Pour ce faire, nous avons écrit un algorithme d'optimisation à l'aide de la bibliothèque Mr. Mustard. Des états gaussiens monomodes sont générés, puis optimisés par le module d'optimisation afin d'obtenir la valeur de g^{(2)} souhaitée. Ces travaux nous ont permis de constater qu'une valeur de g^{(2)} proche de 0 pourrait aussi indiquer une source produisant un état gaussien monomode particulier, et pas seulement une source de photons uniques.
Étudiant à la maîtrise, CNRC Ottawa
Directeur : Louis Gaudreau
Piégeage de photoporteurs dans des boîtes quantiques non dopées en mode d'accumulation à l'aide d'un résonateur micro-ondes sur puce pour la lecture de charge
La mise à l'échelle des systèmes de boîtes quantiques définies par grilles est freinée par la croissance rapide du nombre de grilles de contrôle. Pour relever ce défi, nous proposons un nouveau schéma dans lequel les boîtes quantiques sont formées à partir de charges générées optiquement et piégées sous des grilles d'accumulation.
En éclairant un substrat de GaAs non dopé avec une lumière laser d'énergie supérieure à la bande interdite, nous démontrons qu'il est possible de créer et de séparer des paires électron-trou pour former des boîtes quantiques de l'une ou l'autre polarité. En associant cette technique à un résonateur supraconducteur à guide d'ondes coplanaire pour la lecture de charge, nous obtenons un dispositif fonctionnel à double boîte quantique à charges multiples, avec un échange de charge interboîte contrôlable. Le dispositif, composé de seulement deux grilles plongeurs et d'une grille de couplage tunnel, montre que le peuplement des boîtes quantiques ne nécessite ni réservoirs à contacts ohmiques, ni polarisation source-drain, ni dopants atomiques externes. Par conséquent, le nombre de grilles peut être réduit et le procédé de fabrication simplifié. De plus, cette méthode peut s'appliquer à un large éventail de systèmes de boîtes quantiques semiconductrices.
Un tel dispositif hybride constitue un premier pas vers une conception plus extensible de réseaux de boîtes quantiques. Il s'agit également d'un bon point de départ pour la transduction quantique, grâce à l'interaction optique–matière–micro-ondes.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Stefanos Kourtis
Accélérer le dénombrement à l'aide de réseaux de tenseurs
Les réseaux de tenseurs sont un outil polyvalent utilisé dans de nombreux domaines, allant de la simulation classique de systèmes quantiques à N corps à la modélisation de circuits quantiques. Dans ces travaux, nous discutons de l'utilisation de cette méthode pour les problèmes de type SAT, plus précisément le #3-XORSAT. L'objectif de ce projet est d'étudier l'efficacité de la contraction de réseaux de tenseurs pour compter le nombre de solutions d'instances de #3-XORSAT en fonction du rapport entre le nombre de clauses et le nombre de variables.
Doctorant, Université McGill
Directeur : Bill Coish
Sujet à venir
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Bertrand Reulet
Mesures de transport à l'installation Mégagauss
Le pseudogap est une phase encore mal comprise, mais qui pourrait révéler des informations importantes sur l'origine de la supraconductivité à haute température critique (HTc). Afin d'obtenir des informations sur la phase de pseudogap, nous souhaitons mesurer les oscillations quantiques (QO) dans les cuprates dopés en trous YBCO à basse température. Ces mesures nous aideront à caractériser l'état fondamental de la phase de pseudogap, en particulier sa surface de Fermi, qui fait encore débat dans la communauté. Pour étudier la phase de pseudogap à basse température dans YBCO, nous avons besoin d'un champ magnétique intense, de l'ordre de 150 T, pour supprimer la supraconductivité. Pour atteindre ce champ magnétique extrême, nous avons besoin de l'installation Mégagauss. De plus, pour mesurer les QO, nous devons effectuer des mesures de transport dans l'environnement hostile de l'installation Mégagauss : champ magnétique intense, dB/dt élevé (2 μs pour atteindre le champ maximal), présence de haute tension et explosion de la bobine à fil unique... Pour réaliser les mesures, il était indispensable d'améliorer le rapport signal sur bruit de l'échantillon. En travaillant sur l'atténuation du bruit, le circuit d'acquisition, etc., nous avons réussi pour la première fois à mesurer la transition supraconductrice d'un cuprate. Grâce à l'amélioration du signal, nous avons maintenant une vision claire des derniers obstacles à surmonter. Nous observons que l'échantillon se réchauffe pendant un tir : il passe de 4,2 K à 30 K pour un tir à 140 T. Nous avons également constaté que l'échauffement dépend de la taille des échantillons. Pour réduire l'effet de l'échauffement, nous réduirons la taille des échantillons à l'aide de la technique FIB. Cela permettra également de déterminer s'il existe ou non un effet d'échauffement sous-jacent.
Stagiaire postdoctoral, Université McGill
Directeur : Kai Wang
Singularités en queue d'aronde dans la compression à deux modes de la lumière
Nous montrons que la queue d'aronde, une morphologie de dégénérescence riche, peut exister naturellement dans une dynamique régie par un hamiltonien quadratique bosonique (BQH) avec des pertes asymétriques. La queue d'aronde est l'une des catastrophes élémentaires de la classification ADE d'Arnold, qui apparaît dans différentes branches de la physique, de l'acoustique à la génération attoseconde. Contrairement à l'observation récente d'une dégénérescence en queue d'aronde dans des systèmes non hermitiens, l'origine de la dégénérescence sous-jacente dans un BQH est la symétrie particule-trou fondamentale des particules bosoniques. Nous discutons de la classification de la dégénérescence en queue d'aronde et de la façon dont elle peut être mise en œuvre avec des oscillateurs paramétriques optiques.
Stagiaire postdoctoral, Université de Sherbrooke
Directeur : Alexandre Blais
Un algorithme d'approximation d'inspiration quantique pour MaxCut
Il a été conjecturé que les ordinateurs quantiques à court terme pourraient offrir une accélération dans la résolution de problèmes d'optimisation combinatoire. De nombreux travaux ont exploré dans quelle mesure cet objectif peut être atteint au moyen d'algorithmes quantiques variationnels, sans réponses très concluantes. Un produit dérivé de cet effort a été la construction d'algorithmes d'inspiration quantique, c'est-à-dire des algorithmes classiques améliorés ou nouveaux qui exploitent des structures particulières des problèmes étudiés, révélées par leurs équivalents quantiques. Dans ces travaux, nous nous concentrons sur le problème MaxCut et, en nous inspirant des unitaires solutions obtenus avec certains algorithmes variationnels adaptatifs, nous introduisons un nouvel algorithme d'approximation d'inspiration quantique pour ce problème. Cet algorithme est polynomial en la taille de l'entrée, tant en temps qu'en espace. Nous étudions sa performance sur différentes familles de graphes et fournissons de nombreuses preuves que, pour des graphes comptant jusqu'à 200 nœuds, notre algorithme produit une meilleure solution approchée que le meilleur algorithme classique, celui de Goemans et Williamson.
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Max Hofheinz
Sujet à venir
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directrice : Éva Dupont-Ferrier
Résonateurs supraconducteurs en NbN à facteur de qualité élevé
Les résonateurs micro-ondes à facteur de qualité élevé sont essentiels aux détecteurs de photons, aux amplificateurs limités quantiquement et à d'autres dispositifs à circuits supraconducteurs. Ce projet vise à concevoir des résonateurs supraconducteurs 2D en NbN à guide d'ondes coplanaire (CPW), à les fabriquer sur une plaquette de silicium et à les mesurer en régime quantique.
Doctorant, Université de Montréal
Directeur : Philippe St-Jean
Tomographie de fonctions d'onde dans des chaînes de dimères topologiques avec couplages à longue portée
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Yves Bérubé-Lauzière
Sujet à venir
Étudiante à la maîtrise, Université McGill
Directeur : Bill Coish
Tomographie efficace de processus quantiques par inférence bayésienne
Afin de caractériser complètement un processus subi par un système quantique, l'application qui envoie tous les états initiaux possibles vers leurs états finaux respectifs (appelée matrice de transfert de Pauli) peut être déterminée expérimentalement par tomographie de processus quantique, où une mesure exhaustive d'un nombre exponentiellement grand d'observables finales, soumises à un nombre exponentiellement grand de conditions initiales, élucide complètement le processus. Pour les systèmes de qubits de spin pour lesquels un modèle des sources d'erreurs est connu a priori, une description analytique de la matrice de processus peut être utilisée pour caractériser efficacement la dynamique du système avec un nombre de préparations et de mesures qui ne croît que linéairement. Nous présenterons cette caractérisation analytique de la matrice de processus pour un modèle de système à deux qubits de spin électronique soumis à un gradient de champ magnétique et à un couplage d'échange de Heisenberg, et nous soulignerons les applications de ce modèle à l'étalonnage (benchmarking) des portes quantiques pour les qubits de spin dans des boîtes quantiques.
Stagiaire postdoctorale, Université de Sherbrooke
Directeur : Stefanos Kourtis
Stabilité des états liés de Majorana en présence de bruit non markovien
Nous avons étudié la dynamique des qubits à boîte de Majorana en présence d'un environnement non markovien en effectuant des calculs analytiques du paramètre de décohérence. Nous avons examiné l'incidence des interactions d'appariement à longue portée au sein des supraconducteurs de Kitaev à onde p sur ce paramètre. Nos résultats démontrent que ces interactions diminuent l'amplitude de transition du niveau d'énergie nulle vers les états excités, ce qui entraîne une réduction du paramètre de décohérence. Ce résultat suggère une approche pratique pour créer des qubits de Majorana très résilients au bruit non markovien.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Mathieu Juan
Sujet à venir
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Stefanos Kourtis
Sujet à venir
Doctorant, Université McGill
Directrice : Tami Pereg-Barnea
Sujet à venir
Stagiaire, Université McGill
Directeur : Bill Coish
État quantique par réseau de neurones pour l'apprentissage de la dynamique et la reconstruction d'états
Nous présentons deux de nos travaux récents portant sur l'utilisation de l'ansatz d'état quantique par réseau de neurones pour aider à apprendre les propriétés d'un système quantique. Le premier porte sur l'étude de la dynamique de l'aimant de Gaudin (« modèle du spin central ») à l'aide de méthodes d'apprentissage automatique. Nous utilisons une représentation par réseau de neurones (machine de Boltzmann restreinte) pour obtenir des représentations précises de l'état fondamental et des états excités de basse énergie du hamiltonien de l'aimant de Gaudin au moyen d'un calcul Monte-Carlo variationnel. À partir des états propres de basse énergie, nous obtenons la susceptibilité de spin transverse dynamique non perturbative, qui décrit la réponse linéaire d'un spin central à un champ magnétique transverse variant dans le temps en présence d'un bain de spins. Dans le second, nous présentons la « tomographie d'état quantique neuronale par ombres » (NSQST), un autre protocole de QST fondé sur les réseaux de neurones, qui utilise l'infidélité comme fonction de perte. L'infidélité est estimée à l'aide des ombres classiques de l'état cible. L'infidélité constitue un choix naturel comme perte d'entraînement, puisqu'elle bénéficie de l'efficacité éprouvée du formalisme des ombres classiques en nombre d'échantillons de mesure. Nous démontrons numériquement l'avantage de la NSQST pour l'apprentissage des phases relatives de trois états quantiques cibles d'intérêt pratique, ainsi que son avantage par rapport à l'estimation directe par ombres.