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Members
Date
October 15, 2024 10:00 AM
-
October 16, 2024 3:30 PM
Lieu de l'événement
Hôtel Château Bromont
10 h 55 – 11 h Mot d'ouverture (Salon A)
11 h – 12 h Daniel Higginbottom, Université Simon Fraser (Salon A)
Mise en réseau de qubits de silicium
12 h – 13 h 30 Dîner (Salle Knowlton)
13 h 30 – 14 h 15 Evgeny Moiseev, Université McGill (Salon A)
Tutoriel : Génération de lumière comprimée : des méthodes classiques aux méthodes non conventionnelles
14 h 15 – 14 h 45 Michael Hilke, Université McGill (Salon A)
Le récit expérimental des ordinateurs quantiques
14 h 45 – 15 h 15 Pause-café (Salon C)
15 h 15 – 16 h 15 Boîte à questions quantiques : les questions que vous avez toujours voulu poser ! (Salon A)
16 h 15 – 17 h Écosystème quantique au Québec (Salon A)
Juliette Geoffrion, Calcul Québec – Présentation de MonarQ : un ordinateur quantique dédié à la recherche
Michael McGuffin, ÉTS – Quelques approches visuelles de l'informatique quantique
17 h – 19 h Session d'affiches et rafraîchissements (Salon C)
19 h 30 – Souper INTRIQ (Salle Knowlton)
9 h – 10 h Sarah Sheldon, IBM Quantum (Salon A)
Entrer dans l'ère de l'utilité quantique : que peut-on faire avec 100 qubits ?
10 h – 10 h 30 Pause-café (Salon C)
10 h 30 – 11 h 30 Gilles Brassard, Université de Montréal (Salon A)
La cryptographie quantique, de ses humbles origines à son glorieux avenir
11 h 30 – 11 h 45 Nicolas Dalbec-Constant, Polytechnique Montréal
Réduction de dimensionnalité non linéaire pour une meilleure classification non supervisée dans les capteurs à bord de transition
11 h 45 – 12 h Martin Houde, Polytechnique Montréal (Salon A)
Retard de groupe induit par le gain dans la conversion paramétrique descendante spontanée
12 h – 13 h 30 Dîner (Salle Knowlton)
13 h 30 – 14 h 30 Présentation de projets INTRIQ (Salon A)
Mathieu Juan – Batterie à hélium et isolation des vibrations pour l'optomécanique à photon unique
Bill Truong – Création, manipulation et protection de fermions de Majorana
Gurleen Padda – Complexité de communication quantique amortie sans a priori
Michael Hilke – Qubits, topologie et informatique quantique
Philippe St-Jean – Marches quantiques topologiques photoniques en environnement bruité
14 h 30 – 15 h Pause-café (Salon C)
15 h – 16 h Samuel Boutin, Microsoft Quantum (Salon A)
Mesure interférométrique de parité en un seul coup dans des dispositifs hybrides InAs-Al
16 h – 16 h 30 Denis Seletskiy, Polytechnique Montréal (Salon A)
La lumière quantique intense comme ressource pour la métrologie quantique
16 h 30 Mot de clôture (Salon A)
Université Simon Fraser
Mise en réseau de qubits de silicium
Le traitement quantique distribué sur des réseaux optiques locaux constitue une voie vers l'informatique quantique tolérante aux fautes à grande échelle et vers un avantage quantique concret. Les performances des technologies quantiques modulaires et en réseau dépendront toutefois de la qualité de leurs interconnexions lumière-matière. Les centres colorés du silicium offrent des registres de qubits de spin couplés optiquement, qui peuvent servir de base aux réseaux quantiques et à l'informatique quantique distribuée. Le silicium est une plateforme idéale pour les technologies quantiques commerciales : il réunit la photonique avancée et la microélectronique, tout en hébergeant des qubits de spin à longue durée de vie. On a récemment découvert que le centre T du silicium combine une émission photonique directe dans la bande des télécommunications, des spins électroniques et nucléaires à longue cohérence ainsi qu'une intégration éprouvée, à grande échelle, dans des puces photoniques silicium sur isolant (SOI) compatibles CMOS, conformes aux normes de l'industrie. Dans cette présentation, je passe en revue les défis de l'informatique quantique modulaire et les progrès récents dans le développement de dispositifs à centres T, puis je présente la première démonstration d'intrication entre des processeurs quantiques en silicium distants, reliés par un réseau optique.
Microsoft Quantum
Mesure interférométrique de parité en un seul coup dans des dispositifs hybrides InAs-Al
La fusion d'anyons non abéliens ou de défauts topologiques est une opération fondamentale du calcul quantique topologique fondé uniquement sur la mesure. Dans les supraconducteurs topologiques, cette opération revient à déterminer la parité fermionique partagée de modes zéro de Majorana. Dans cette présentation, je passerai en revue des travaux récents de Microsoft Quantum [1] portant sur une architecture de dispositif compatible avec de futurs tests de ces règles de fusion. À l'aide de cette architecture, nous réalisons une mesure interférométrique en un seul coup de la parité fermionique dans des hétérostructures d'arséniure d'indium et d'aluminium dotées d'un nanofil supraconducteur défini par grilles.
[1] https://arxiv.org/abs/2401.09549
IBM Quantum
Entrer dans l'ère de l'utilité quantique : que peut-on faire avec 100 qubits ?
Les accélérations démontrées des algorithmes quantiques canoniques par rapport à leurs équivalents classiques ont motivé les efforts visant à réaliser des ordinateurs quantiques. Pour obtenir ces accélérations, il faut la tolérance aux fautes, qui reste hors de portée du matériel quantique actuel. Parallèlement, les systèmes quantiques bruités de pointe atteignent une taille et une qualité difficiles à simuler classiquement. Ces systèmes nous permettent d'explorer des applications des ordinateurs quantiques à une échelle auparavant inaccessible et de développer des méthodes heuristiques pour évaluer de nouveaux algorithmes quantiques. En même temps, les systèmes à correction d'erreurs pointent à l'horizon, ce qui accroît le besoin de développer des algorithmes pour les débuts de la tolérance aux fautes. Cette présentation décrira l'utilisation d'ordinateurs quantiques pour étudier des problèmes intéressants à court terme à l'aide de techniques de suppression et d'atténuation des erreurs, y compris des expériences récentes à plus de 100 qubits menées sur des systèmes d'IBM Quantum. Ces premières démonstrations donnent un aperçu des types de circuits que l'on peut exécuter avec succès sur des ordinateurs quantiques et des types de problèmes qui nous seront accessibles. La présentation soulignera également la nécessité de développer et de tester des algorithmes quantiques sur le matériel à court terme, et abordera les travaux menés pour réaliser une informatique quantique utile dans différents domaines d'application.
Analyste en informatique quantique, Calcul Québec
Présentation de MonarQ : un ordinateur quantique dédié à la recherche
MonarQ, un ordinateur quantique supraconducteur de 24 qubits, sera bientôt opérationnel à Calcul Québec. Cette présentation fera connaître MonarQ et son intégration aux ressources de calcul haute performance (CHP) existantes de Calcul Québec. Nous mettrons en lumière la diversité des projets que cette ressource de pointe peut soutenir, ainsi que l'accompagnement complet que Calcul Québec peut offrir pour aider les chercheuses et chercheurs à utiliser nos ressources classiques et quantiques.
Professeur, École de technologie supérieure
Quelques approches visuelles de l'informatique quantique
Cette présentation passera en revue quelques exemples, tirés de travaux antérieurs, de façons de visualiser des processus en informatique quantique. Je présenterai ensuite un prototype de logiciel à glisser-déposer pour la simulation de circuits quantiques, qui visualise l'évolution du vecteur d'état et l'intrication entre les qubits. Je soulignerai aussi certaines stratégies de conception en visualisation de l'information qui pourraient être utiles dans d'autres projets.
Professeur, Polytechnique Montréal
La lumière quantique intense comme ressource pour la métrologie quantique
La lumière quantique est le plus souvent associée à des événements à un ou à quelques photons, souvent représentés comme des paquets discrets d'énergie électromagnétique de fréquence bien définie. Dans cette présentation, je passerai en revue nos avancées récentes dans la génération et les applications de lumière quantique intense ultra-large bande (à quelques cycles optiques). L'accent mis sur la perspective du domaine temporel, combiné aux amplitudes macroscopiques des champs quantiques, ouvre de nouvelles possibilités. Après une introduction sur la génération d'une telle lumière, je mettrai en lumière deux de ces possibilités : la capacité de la lumière quantique 1) à amener l'interaction lumière-matière dans le régime non perturbatif [1]; et 2) à présenter des corrélations de « phase temporelle » (formellement, la phase porteuse-enveloppe), ouvrant la voie à des schémas de post-sélection d'états quantiques non gaussiens de la lumière [2].
La lumière quantique intense devient une ressource prometteuse pour de nouvelles métrologies quantiques !
[1] A. Rasputnyi et al., High Harmonic Generation by Bright Squeezed Vacuum, arXiv:2403.15337 (2024).
[2] P. Cusson et al,. Carrier-Envelope Phase Correlations in Few-Cycle Bright Twin Beams, 23rd International Conference on Ultrafast Phenomena Th- 4A.4C (2024).
Stagiaire postdoctoral, Université McGill
Directeur : Kai Wang
Tutoriel – Génération de lumière comprimée : des méthodes classiques aux méthodes non conventionnelles
Les états comprimés de la lumière jouent un rôle crucial dans divers domaines de la physique, de la détection d'une précision extrême jusqu'au calcul quantique. Depuis sa découverte, la lumière comprimée a été générée sur de nombreuses plateformes, des gaz ultrafroids aux oscillateurs mécaniques. Dans ce tutoriel, je présenterai un survol de la lumière comprimée et de ses propriétés uniques, en mettant l'accent sur les méthodes et techniques expérimentales ainsi que sur les défis liés à sa génération.
Professeur, Université de Montréal
La cryptographie quantique, de ses humbles origines à son glorieux avenir
Stagiaire postdoctoral, Polytechnique Montréal
Directeur : Nicolas Quesada
Retard de groupe induit par le gain dans la conversion paramétrique descendante spontanée
Des processus optiques non linéaires fortement pompés, comme la conversion paramétrique descendante spontanée, peuvent produire des faisceaux de lumière non classiques multiphotoniques, qui trouvent des applications en traitement de l'information quantique et en détection. Contrairement au régime de faible gain, de nouveaux effets physiques apparaissent dans un régime de gain élevé en raison des interactions entre la lumière non classique et la pompe intense qui entraîne le processus non linéaire. Dans cette présentation, nous décrivons et observons expérimentalement un retard de groupe induit par le gain entre les impulsions multiphotoniques générées dans une source de conversion paramétrique descendante spontanée de type II à gain élevé. Puisque ce retard de groupe rend les photons générés discernables, il sera important de le compenser lors de la conception de dispositifs d'interférence quantique nécessitant de fortes non-linéarités optiques.
Professeur, Université McGill
Le récit expérimental des ordinateurs quantiques
Étudiant à la maîtrise, Polytechnique Montréal
Directeur : Nicolas Quesada
Réduction de dimensionnalité non linéaire pour une meilleure classification non supervisée dans les capteurs à bord de transition
Nous comparons des méthodes de classification de signaux appliquées aux traces de tension de capteurs à bord de transition (TES), des détecteurs résolvant le nombre de photons qui sont essentiels pour accéder aux avantages quantiques en traitement de l'information, en communication et en métrologie. Nous quantifions l'effet de l'analyse numérique sur la distinction de ces signaux. De plus, nous explorons des techniques de réduction de dimensionnalité afin de créer des plongements du nombre de photons interprétables et précis. Nous démontrons que la préservation des structures locales des données par certaines méthodes non linéaires est une façon précise de réaliser une classification non supervisée des traces TES. Pour ce faire, nous considérons la Confiance, qui quantifie le chevauchement de la distribution de probabilité du signal à l'intérieur d'un plongement. Nous démontrons que, pour notre jeu de données, des méthodes antérieures comme l'aire du signal et l'analyse en composantes principales (ACP) peuvent résoudre jusqu'à 16 photons avec une Confiance supérieure à 90 %, alors que les méthodes non linéaires peuvent en résoudre jusqu'à 21 avec le même seuil de confiance. Nous présentons également des implémentations de réseaux de neurones qui exploitent l'information contenue dans les structures locales, dans le but d'accroître la confiance dans l'attribution du nombre de photons. Enfin, nous démontrons l'avantage de certaines méthodes non linéaires pour détecter et retirer les signaux aberrants.
Stagiaire postdoctoral, École de technologie supérieure
Directeur : Bora Ung
Excitation radiofréquence pour la détection quantique fondée sur les centres NV du diamant à l'aide de lignes de transmission à guide d'ondes coplanaire
Doctorant, Université de Montréal
Directeur : Philippe St-Jean
Titre à venir
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directrice : Eva Dupont-Ferrier
Titre à venir
Étudiant à la maîtrise, Université de Montréal
Directeur : Philippe St-Jean
Comprendre les fluctuations statistiques d'un champ photonique
La mesure de la fluctuation statistique d'une observable se fait par le calcul de cumulants statistiques, comme la variance. Récemment, plusieurs travaux théoriques ont montré que ces cumulants statistiques dépendent de la géométrie de la sous-région de l'espace dans laquelle ils sont mesurés. Ce projet de recherche vise à construire un montage d'imagerie quantique pour étudier l'évolution des fluctuations d'intensité dans un champ photonique. La première partie du projet consiste à construire un montage permettant d'imager une seule et unique impulsion de photons intriqués. La seconde consiste à analyser les fluctuations spatiales de ces impulsions uniques. Cela nous permettra d'étudier la transition du régime classique gaussien vers le régime quantique poissonien ou sous-poissonien, et d'examiner l'émergence de lois universelles décrivant l'évolution des cumulants statistiques. Ce projet fournira les moyens techniques d'étudier la transition entre les mondes classique et quantique, à partir des propriétés statistiques des fluctuations mesurées.
Stagiaire postdoctorale, Université de Sherbrooke
Directeur : Stefanos Kourtis
Nouvelles avenues dans l'exploration de l'entropie d'intrication SVD
Dans un travail récent, Parzygnat, Takayanagi, Taki et al. [J. High Energ. Phys. 2023, 123 (2023)] ont introduit une nouvelle mesure d'intrication appelée « entropie d'intrication SVD (SVD EE) », qui généralise l'entropie d'intrication standard en faisant intervenir deux états quantiques distincts pour construire des « matrices de transition réduites », fondées sur la pré-sélection et la post-sélection de ces états propres. Mathématiquement, la SVD EE étend l'entropie de von Neumann des matrices densité à des matrices carrées arbitraires. Dans le cadre de l'information quantique, la SVD EE peut être interprétée comme le nombre moyen de paires de Bell pouvant être distillées à partir d'états intermédiaires. Ce travail a aussi démontré, à l'aide du modèle d'Ising en champ transverse, que la SVD EE augmente lorsque les deux états se trouvent dans des phases quantiques différentes, ce qui suggère son utilité comme mesure potentielle pour détecter les transitions de phase quantiques dans les systèmes à N corps. En nous appuyant sur ces fondements, nous étendons l'étude de la SVD EE dans trois directions jusqu'ici inexplorées. Premièrement, nous cherchons à établir un lien entre le cadre unitaire local de la SVD EE et la théorie des matrices aléatoires, plus précisément au moyen de l'ensemble de Bures-Hall de matrices densité — un contexte qui, à notre connaissance, demeure inexploré. Deuxièmement, nous explorons l'application de la SVD EE à la détection de points exceptionnels dans les spectres de systèmes quantiques à N corps non hermitiens. Les points exceptionnels sont des points particuliers de l'espace des paramètres où les valeurs propres et les états propres coalescent. Nous commençons par un hamiltonien non hermitien simple à symétrie PT, en effectuant des calculs analytiques exacts de la SVD EE dans ces systèmes. Enfin, nous étudions le comportement de la SVD EE de Rényi dans un système quantique chaotique paradigmatique, la toupie quantique pulsée couplée (coupled quantum kicked top), et la comparons aux résultats connus pour les entropies d'intrication standard.
Travail réalisé conjointement avec Akshat Pandey, étudiant à la maîtrise, Institute for Theoretical Physics, KU Leuven, Celestijnenlaan 200D, B-3001 Leuven, Belgique.
Stagiaire postdoctorale, Université de Montréal
Directeur : Philippe St-Jean
Titre à venir
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Max Hofheinz
Photonique Josephson directionnelle
La réalisation d'amplificateurs et d'isolateurs cryogéniques à faible bruit au moyen de circuits supraconducteurs micro-ondes est un domaine de recherche actif. La clé consiste à accorder le circuit sur un processus paramétrique précis afin de produire une amplification ou une conversion de fréquence (isolation). Nous présentons ici le projet en cours visant à élaborer un isolateur à l'aide de jonctions Josephson polarisées en tension dans une ligne de transmission supraconductrice.
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, de la simulation classique de systèmes quantiques à N corps jusqu'à la modélisation de circuits quantiques. Dans ce travail, nous discuterons de l'utilisation de cette méthode avec les modèles p-spin, une classe de systèmes de verres de spin, et nous étudierons les liens entre ces systèmes physiques et la famille des problèmes SAT, plus précisément le problème #p-XORSAT. Notre objectif principal est d'évaluer l'efficacité de la contraction de réseaux de tenseurs pour évaluer la fonction de partition à température nulle de ces systèmes, tout en examinant comment cette efficacité varie selon le rapport entre le nombre d'interactions et le nombre de spins.
Doctorant, Université McGill
Directrice : Tami Pereg-Barnea
Titre à venir
Doctorant, Université McGill
Directrice : Tami Pereg-Barnea
Topologie non hermitienne de la chaîne de Kitaev bosonique
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directrice : Eva Dupont-Ferrier
Caractérisation cryogénique d'un transistor Nanosheet de 14 nm en vue de la co-intégration de qubits de spin
Les qubits de spin CMOS sont des candidats prometteurs pour la mise à l'échelle des ordinateurs quantiques en raison de leur long temps de cohérence et de leur potentiel de co-intégration avec l'électronique classique (Cryo-CMOS) pour le contrôle et la lecture sur une même puce. Toutefois, d'autres études à température cryogénique de différentes architectures CMOS restent nécessaires. Dans ce travail, nous présentons une caractérisation cryogénique d'un transistor industriel nMOS Nanosheet de 14 nm en vue d'une éventuelle co-intégration de qubits de spin. Nous démontrons que le dispositif peut être utilisé comme transistor classique et comme boîte quantique à basse température. Nous montrons des caractéristiques de sortie CC améliorées lorsqu'il fonctionne comme transistor à température cryogénique, un excellent contrôle par grille dans le régime de boîte quantique et un faible niveau de bruit de charge prometteur.
Stagiaire postdoctoral, Université McGill
Directeur : Kai Wang
Lien entre les points exceptionnels et les mesures quantiques non destructives dans les systèmes bosoniques quadratiques
La présence d'un point exceptionnel était considérée comme une caractéristique propre aux systèmes décrits par un hamiltonien effectif non hermitien. Des recherches récentes démontrent qu'un système entièrement hermitien doté d'un gain paramétrique, comme la compression à un mode et à deux modes, présente des points exceptionnels. Toutefois, la manifestation physique des points exceptionnels dans ces systèmes demeure une question ouverte. Nous étudions la relation entre un point exceptionnel et la présence d'une dynamique quantique non destructive (QND) pour les opérateurs de quadrature dans la dynamique d'un hamiltonien bosonique quadratique général à N modes. Nous dérivons des conditions nécessaires à l'observation d'une dynamique QND et indiquons dans quels cas la dynamique QND devient un point exceptionnel.
Doctorant, Université de Montréal
Directeur : Philippe St-Jean
Titre à venir
Stagiaire, École de technologie supérieure
Directeur : Olivier Landon-Cardinal
Transpileur pour MonarQ
MonarQ est un ordinateur NISQ de 24 qubits en cours d'installation à Calcul Québec, situé à l'École de technologie supérieure à Montréal. Le projet vise à concevoir un transpileur pour MonarQ à l'aide de PennyLane. Ce transpileur a pour objectif d'améliorer les performances et la maîtrise en réduisant les couches intergicielles et en permettant l'extensibilité des techniques d'optimisation et de routage.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Max Hofheinz
Amplification à faible bruit, avec une touche d'originalité
Étudiant à la maîtrise, Université McGill
Directeur : Guillaume Gervais
Grande masse effective des fermions composites au facteur de remplissage 5/2
La croissance de systèmes de gaz d'électrons bidimensionnels (2DEG) GaAs/Al-GaAs à ultra-haute mobilité a ouvert la voie à l'exploration d'une multitude d'états quantiques exotiques. En particulier, l'effet Hall quantique fractionnaire (FQH) apparaît lorsqu'un tel matériau est refroidi à des températures cryogéniques et soumis à des champs magnétiques intenses. Parmi la séquence d'états FQH de fermions composites dans le deuxième niveau de Landau, l'état 5/2 [1] s'impose comme un favori pour la recherche fondamentale et les applications. En effet, on s'attend à ce qu'il héberge des quasi-particules anyoniques obéissant à une statistique quantique non abélienne [2], c'est-à-dire que, lors d'un échange de particules, la fonction d'onde de l'état fondamental des quasi-particules subit une transformation non triviale dans l'espace de Hilbert des quasi-particules. En plus de son importance fondamentale, cette propriété est l'un des éléments de base du calcul quantique topologiquement protégé (tolérant aux fautes) [3]. Les travaux antérieurs [4] visant à démontrer la nature non abélienne de l'état 5/2 reposaient sur la géométrie conventionnelle de barre de Hall pour les mesures de transport, ce qui incluait inévitablement des états de bord nuisibles à la précision des propriétés de volume. À l'inverse, dans ce travail [5], grâce à des échantillons en géométrie de Corbino, les propriétés thermodynamiques du « vrai volume » sont sondées à l'aide d'un schéma de mesure résolu en temps. Ainsi, les données de chaleur spécifique présentées dans ce travail permettent d'extraire la masse effective des fermions composites 5/2 dans la phase de liquide de Fermi et donnent une grande masse effective, allant de 2 à 4 fois la masse de l'électron nu.
[1] R. Willett, J. P. Eisenstein, H. L. Störmer, D. C. Tsui, A. C. Gossard and J. H. English, Phys. Rev. Lett. 59, 1776 (1987)
[2] G. Moore and N. Read, Nucl. Phys. B 360, 362 (1991)
[3] C. Nayak, S. H. Simon, A. Stern, M. Freedman and S. Das Sarma, Rev. Mod. Phys. 80, 1083 (2008)
[4] W. E. Chickering, J. P. Eisenstein, L. N. Pfeiffer and K. W. West, Phys. Rev. B 87, 075302 (2013)
[5] M. Petrescu, Z. Berkson-Korenberg, S. Vijayakrishnan, K. W. West, L. N. Pfeiffer and G. Gervais, Nat. Commun. 14, 7250 (2023)
Doctorant, Polytechnique Montréal
Directeur : Denis Seletskiy
Détection sensible au champ d'impulsions femtosecondes dans l'infrarouge moyen par effet tunnel électronique sous-cycle
Une avancée récente en photonique est l'utilisation de l'effet tunnel électronique pour détecter directement le champ électrique d'une impulsion optique. Puisque l'effet tunnel à travers un nano-espacement est un processus fortement non linéaire par rapport au champ électrique appliqué, les bouffées d'électrons émises sont plus courtes que la période d'oscillation du champ optique appliqué. Ces bouffées d'électrons peuvent ainsi sonder le champ électrique d'une onde incidente à une échelle sous-cycle. En raison de la nature du processus tunnel, la région spectrale de l'infrarouge moyen présente un avantage pour un transport électronique efficace. Dans ce travail, nous présenterons nos avancées dans la détection résolue en champ d'impulsions dans l'infrarouge moyen, en vue de la détection d'états quantiques de la lumière.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Baptiste Royer
Simulation de qubits bosoniques à l'aide de réseaux de tenseurs
La création de qubits résilients aux erreurs est une étape nécessaire à la réalisation d'ordinateurs quantiques. Une façon très prometteuse d'y parvenir consiste à encoder les qubits dans le grand espace de Hilbert d'oscillateurs harmoniques quantiques. Cette idée mène à toute une classe de codes de correction d'erreurs quantiques (codes QEC) appelés codes bosoniques. De nombreux codes populaires existent, mais le travail présenté ici porte principalement sur les codes GKP (Gottesman-Kitaev-Preskill). Lors du développement de tels codes, il est essentiel de pouvoir connaître leur performance sous différents modèles de bruit. Toutefois, le grand espace de Hilbert des oscillateurs harmoniques, si utile, devient ici un problème, puisqu'un système comportant même quelques oscillateurs seulement devient rapidement très difficile à simuler. Nous proposons ici une combinaison de différentes méthodes qui permettrait une simulation rapide de grands systèmes bosoniques. Nous discutons notamment de l'utilisation des réseaux de tenseurs, du choix d'une base de simulation (la base BP+) et de l'utilisation de la simulation Monte-Carlo (MC). Nous présentons également quelques résultats de simulation préliminaires obtenus à l'aide de ces techniques.
Doctorant, Université de Montréal
Directeur : Philippe St-Jean
Effet Hall quantique anomal pour la lumière dans des cristaux photoniques
La capacité d'émuler des états exotiques de la matière avec la lumière a ouvert la porte à la réalisation de phases topologiques de la matière très difficiles à étudier à l'état solide. Nous étudions ici des cristaux photoniques à réseau en nid d'abeilles déformé. Cette déformation induit des champs de jauge artificiels aux points de Dirac, de sorte que des champs électriques et/ou magnétiques effectifs (selon la déformation) agissent sur la lumière dans le cristal. À l'aide du module de simulation MPB (MIT Photonic Bands), nous observons des niveaux de Landau et l'effet Hall anomal pour la lumière, c'est-à-dire un déplacement non réciproque d'un paquet d'ondes lumineux. Pour ce dernier, nous montrons aussi que la direction de la déviation de Hall dépend de la polarisation circulaire de la lumière. Dans un avenir proche, nous envisageons de tirer parti de ce routage chiral de la lumière pour intriquer des impuretés distantes à l'état solide.
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Baptiste Royer
Élargir le groupe stabilisateur GKP pour une meilleure protection contre le bruit
Encoder un qubit dans l'espace de Hilbert plus grand d'un oscillateur est une façon efficace de protéger son information quantique contre la décohérence [1]. Le code de Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) [2] en est un exemple prometteur, pour lequel il a été démontré que la correction d'erreurs quantiques prolonge la durée de vie du qubit [3]. Jusqu'à présent, beaucoup d'efforts ont été consacrés à la préparation et à la stabilisation de l'état GKP [4], mais peu aux calculs utilisant le code GKP. Dans ce travail, nous recherchons l'implémentation physique optimale d'un circuit logique lorsqu'il est affecté par le bruit. Nous constatons que le groupe stabilisateur gaussien plus grand permet de choisir entre des opérations physiques logiquement équivalentes. Par conséquent, nous proposons un algorithme qui sélectionne l'opération physique optimale pour effectuer une porte de Clifford donnée, de sorte que l'état résultant soit moins sujet aux erreurs de perte.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Stefanos Kourtis
Dénombrement quantique variationnel
Les problèmes de dénombrement sont difficiles à résoudre sur le plan computationnel, même avec les dispositifs classiques de pointe. Les solutions approximatives à ces problèmes présentent un intérêt pratique pour plusieurs applications d'actualité, comme le raisonnement probabiliste, la fiabilité des réseaux et la physique statistique. Nous présentons une procédure générale pour résoudre approximativement des problèmes de dénombrement à l'aide d'algorithmes quantiques variationnels (VQA), des algorithmes quantiques-classiques à court terme susceptibles d'atteindre un avantage quantique. Cette approche repose sur la relation entre l'échantillonnage aléatoire et le dénombrement approximatif pour obtenir un dénombrement exponentiel avec seulement un nombre polynomial d'échantillons.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Baptiste Royer
Correction d'erreurs quantiques par téléportation d'états de Gottesman-Kitaev-Preskill multimodes
Pour parvenir à une informatique quantique tolérante aux fautes, nous devons recourir à des schémas de correction d'erreurs quantiques (QEC) conçus pour protéger l'information physique contre la décohérence [1]. L'encodage de Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) multimode est une manière ingénieuse d'encoder un seul qubit logique dans de nombreux oscillateurs physiques [2]. Ce type d'encodage ajoute de la redondance dans notre système en exploitant l'espace de Hilbert infiniment grand de nombreux oscillateurs harmoniques quantiques. Les protocoles habituels de correction des états GKP multimodes reposent sur des circuits de correction de type Steane, constitués d'opérations quadrature-quadrature [3]. Toutefois, ces interactions ne préservent pas la forme de l'enveloppe gaussienne qui décrit notre état GKP : elles la déforment et injectent davantage d'énergie dans le système. Il en résulte des erreurs accrues sur l'état GKP que l'on souhaite corriger, ce qui réduit fortement la durée de vie logique de notre état [4]. Dans ce travail, nous proposons une méthode de téléportation de qubit à variables continues, constituée uniquement de transformations gaussiennes passives [5]. À l'aide de ce circuit, nous pouvons corriger efficacement notre état GKP multimode tout en gardant son enveloppe intacte, ce qui nous rapproche d'un code QEC tolérant aux fautes.
[1] J. Preskill, Quantum 2, 79 (2018)
[2] D. Gottesman, A. Kitaev, and J. Preskill, Phys. Rev. A 64, 012310 (2001)
[3] B. Royer, S. Singh, and S. Girvin, PRX Quantum 3, 010335 (2022)
[4] K. Noh, C. Chamberland, and F. G. Brandão, PRX Quantum 3, 010315 (2022)
[5] C. Weedbrook, S. Pirandola, R. García-Patrón, N. J. Cerf, T. C. Ralph, J. H. Shapiro, and S. Lloyd, Phys. Rev. A 84, 621 (2012)
Étudiante à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Alexandre Blais
Vision unifiée de l'ionisation induite par la mesure dans le transmon, partie I
La lecture dispersive en électrodynamique quantique des circuits (circuit QED) permet des mesures rapides et de haute fidélité, essentielles au calcul quantique. Cependant, on observe couramment en expérience que l'augmentation de l'amplitude du signal de mesure, même à des valeurs modérées, entraîne une perte du caractère non destructif de la mesure et une lecture de faible fidélité. Des travaux théoriques récents suggèrent que cela est dû à l'ionisation du qubit vers des états excités de plus haute énergie sous l'effet du signal de mesure. Dans cette affiche, je présente un outil permettant de calculer les nombres critiques de photons auxquels le qubit s'ionise. Cet outil apporte aussi un éclairage nouveau sur les mécanismes en jeu selon les paramètres du système, comme le désaccord en fréquence entre le qubit et le résonateur.
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Stefanos Kourtis
Signatures aux temps courts des cicatrices quantiques à N corps dans la décroissance de la probabilité de survie
Nous montrons que la dynamique de relaxation non conventionnelle d'états initiaux particuliers dans des chaînes unidimensionnelles d'atomes de Rydberg produit une décroissance non générique de la probabilité de survie de l'état initial aux temps courts. En utilisant le hamiltonien PXP comme modèle minimal du blocage de Rydberg, nous prouvons que la probabilité de survie aux temps courts des états présentant des cicatrices quantiques à N corps décroît à un taux caractéristique, dont la mise à l'échelle en taille finie est déterminée uniquement par les cicatrices. Nous étudions numériquement les effets de perturbations qui renforcent les résurgences et de perturbations qui rétablissent l'ergodicité, et obtenons des résultats cohérents avec les cas limites de la dynamique intégrable et de la dynamique ergodique, respectivement. Comme la probabilité de survie est facilement accessible expérimentalement aux temps courts, nos résultats permettent de sonder la présence de cicatrices à des échelles de temps beaucoup plus courtes que celle de la thermalisation.
Étudiant(e) à la maîtrise, Université McGill
Directeur : Kai Wang
Conception d'une métasurface optique pour la discrimination d'états quantiques
Cette étude présente une méthode de conception d'une métasurface pour la discrimination d'états de polarisation à N photons, fondée sur les principes de la discrimination d'états quantiques. La métasurface distingue les états de polarisation des photons en dirigeant ceux-ci vers différents ordres de diffraction. À partir de paramètres initiaux, la matrice S est calculée par analyse rigoureuse des ondes couplées (RCWA) afin d'obtenir la probabilité de succès. NLopt est ensuite utilisé pour optimiser cette probabilité, et les paramètres optimisés servent à concevoir la métasurface pour une discrimination efficace des états de polarisation.
Doctorant, École de technologie supérieure
Directeur : Bora Ung
Tomographie d'états quantiques de biphotons et conversion spin-orbite dans les bandes de télécommunication C+L
Les états quantiques de grande dimension promettent d'accroître la capacité d'information des communications quantiques. Dans cette optique, nous caractérisons ici un système à fibre permettant la génération et la transmission de biphotons dans les bandes de télécommunication C+L, et capable de convertir des photons d'un sous-espace de spin de faible dimension vers un sous-espace de moment angulaire orbital (OAM) de grande dimension (charge topologique de -5 à +5). Nous confirmons expérimentalement la violation de l'inégalité de Bell, avec une valeur CHSH de 2,43. La matrice densité reconstruite par tomographie d'états quantiques (QST) en polarisation indique une fidélité de 92 %, une pureté de 86 % et une concurrence de 84 %. La conversion du spin (polarisation) en OAM au moyen d'un modulateur spatial de lumière (SLM) atteint une efficacité de conversion de 41,5 %. Ce travail constitue un pas vers l'intrication multidimensionnelle et la distribution quantique de clés de grande dimension aux longueurs d'onde standard des télécommunications par fibre.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Baptiste Royer
Simulation du code GKP dans la base de Zak
Les codes bosoniques permettent de stocker de l'information quantique en utilisant l'espace de Hilbert infini d'un oscillateur harmonique quantique. L'un de ces codes de correction d'erreurs est le code GKP, qui peut corriger de petits décalages de quadrature. Les mots de code GKP sont périodiques et s'étendent loin dans l'espace des phases, ce qui rend difficiles les simulations classiques de tels schémas dans la base de Fock conventionnelle. En effet, de grands vecteurs d'état sont nécessaires pour représenter les états GKP avec une haute fidélité. Nous explorons ici une nouvelle base dans laquelle simuler de tels états. La base de Zak utilisée dans ce projet est idéale pour représenter les états périodiques et pourrait réduire la taille des vecteurs d'état en simulation classique.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Mathieu Juan
Titre à venir
Étudiant à la maîtrise, Université McGill
Directeur : Bill Coish
Titre à venir
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Mathieu Juan
Photo-initialisation de boîtes quantiques dans du GaAs non dopé
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 créées 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 des deux polarités. En combinant cette technique avec un résonateur supraconducteur à guide d'ondes coplanaire pour la lecture de charge, nous obtenons un dispositif fonctionnel de double boîte quantique à plusieurs charges, avec un échange de charge contrôlable entre les boîtes. Le dispositif, composé de seulement deux grilles plongeuses (plunger) et d'une grille de couplage tunnel, montre que l'initialisation des boîtes quantiques ne requiert ni réservoirs, ni polarisation source-drain, ni contacts ohmiques, ni dopage. Le nombre de grilles peut donc être réduit et le procédé de fabrication simplifié. De plus, cette nouvelle 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 évolutive des réseaux de boîtes quantiques. C'est aussi un bon point de départ pour la transduction quantique, grâce à l'interaction optique–matière–micro-ondes.
Étudiant à la maîtrise, Université McGill
Directeur : Bill Coish
Titre à venir
Stagiaire postdoctorale, Université de Sherbrooke
Directeur : Stefanos Kourtis
Le problème du sac à dos : un algorithme de Metropolis quantique
Nous étudions le problème du sac à dos, un problème d'optimisation combinatoire aux applications variées dans des situations réelles comme la cryptographie, l'ordonnancement des tâches et l'optimisation des commandes alimentaires. Dans le problème du sac à dos, on spécifie un sac d'une capacité de poids maximale ainsi qu'un ensemble d'objets, chacun associé à une valeur et à un poids. Le but est de trouver un sous-ensemble d'objets qui maximise la valeur totale tout en garantissant que le poids total soit inférieur à la capacité maximale. Ce problème est connu pour être NP-difficile, et il est ardu d'y trouver des solutions classiques efficaces. Motivés par l'implémentation en circuit de la quantification de Szegedy de la marche de Metropolis-Hastings, nous développons un algorithme quantique qui exploite les propriétés non classiques des marches quantiques pour résoudre le problème du sac à dos. Nous implémentons notre algorithme sur le simulateur QASM sans bruit de la bibliothèque Qiskit, exécuté sur un ordinateur classique. Nos résultats numériques démontrent que l'algorithme de Metropolis-Hastings quantique fournit de meilleures solutions que ses équivalents classiques pour certaines instances. Ces résultats suggèrent une nouvelle approche pour aborder des instances de problèmes difficiles à résoudre par des algorithmes classiques.
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Mathieu Juan
Inductance cinétique dans des résonateurs micro-ondes en NbN
Doctorante, Université de Sherbrooke
Directeur : Baptiste Royer
Titre à venir
Stagiaire postdoctoral, Polytechnique Montréal
Directeur : Denis Seletskiy
Apprentissage automatique guidé par la physique pour la conception d'états spectro-temporels arbitraires de la lumière
Dans cette étude, nous présentons une approche novatrice pour concevoir des états spectro-temporels à l'aide d'un réseau de neurones convolutif guidé par la physique (P-CNN). Une structure de réseau hybride pour le P-CNN est construite en intégrant la fonction de Wigner, qui englobe à la fois l'information spectrale et temporelle, à un réseau de neurones convolutif. Une plateforme expérimentale polyvalente intégrant des composantes de dispersion et de non-linéarité sert à entraîner deux P-CNN qui prédisent la dynamique spectro-temporelle, comme les solitons d'ordre élevé, les ondes de dispersion ainsi que les impulsions laser à quelques cycles. Le régime P-CNN offre une méthode puissante pour façonner des états d'impulsion arbitraires et s'applique ainsi à l'optique quantique et à l'optique non linéaire.
Stagiaire postdoctoral, Université McGill
Directrice : Tami Pereg-Barnea
Transmission de magnons à travers une jonction de graphène monocouche 𝜈=1|−1|1 comme sonde de la structure électronique
Nous étudions la transmission de magnons à travers des jonctions contrôlées par grille dans la variété 𝑛=0 des niveaux de Landau du graphène monocouche, en présence de champs Zeeman de spin et de vallée. Plus précisément, nous considérons la géométrie en sandwich 1|−1|1. La nature des interfaces entre les régions de remplissages différents s'avère cruciale pour la transmission des magnons. À l'aide de l'approximation de Hartree-Fock, nous trouvons que ce sont soit les degrés de liberté de spin, soit ceux de vallée, des états à un corps occupés qui tournent à travers les interfaces. Si les interfaces présentent une rotation de spin, la transmission des magnons est supprimée à haute énergie, alors que si elles présentent une rotation de vallée, la transmission des magnons devient parfaite à haute énergie. Le couplage Zeeman de vallée, qui provient de l'alignement partiel avec le nitrure de bore d'encapsulation, est indépendant du champ magnétique perpendiculaire 𝐵, tandis que le couplage Zeeman de spin et les autres couplages anisotropes varient linéairement avec 𝐵. Cela permet d'ajuster in situ la force relative du couplage Zeeman de vallée en faisant varier 𝐵, ce qui peut induire des transitions de phase des interfaces entre les phases à rotation de spin et à rotation de vallée, de sorte que la transmission des magnons devient soit nulle, soit parfaite à haute énergie. Notre analyse [1], conjuguée aux mesures expérimentales, peut servir à déterminer les couplages anisotropes dans l'échantillon.
[1] Suman Jyoti De, Sumathi Rao and Ganpathy Murthy, PhysRevB. 110, 085417(2024)
Doctorante, Université McGill
Directeur : Guillaume Gervais
Grilles flip-chip pour l'étude des états Hall quantiques dans des 2DEG vierges à ultra-haute mobilité
Les grilles électrostatiques sont indispensables pour contrôler et sonder les systèmes semiconducteurs. Avec l'intérêt pour les semiconducteurs à ultra-haute mobilité et pour des systèmes de basse dimension plus fragiles, la préservation de qualités comme la mobilité des porteurs de charge est essentielle pour rendre possibles les recherches futures. Une méthode novatrice pour préserver des matériaux vierges consiste à utiliser un assemblage mécanique pour appliquer des grilles aux gaz d'électrons bidimensionnels (2DEG) dans des plaquettes GaAs/AlGaAs. Dans ce dispositif flip-chip, des grilles métalliques sont déposées par lithographie sur un substrat de saphir distinct, maintenu mécaniquement contre le semiconducteur d'intérêt. Cela permet de contrôler le courant dans un 2DEG par effet de champ pour des mesures d'interférence quantique. Les flip-chips offrent plusieurs avantages : ils facilitent notamment la réutilisation des plaquettes de semiconducteur en cas de défaillance d'une grille, ou permettent de déplacer les grilles si leur position initiale tombe sur une région de faible qualité du matériau d'intérêt [1]. Deuxièmement, les flip-chips évitent toute contamination ou dégradation de la mobilité causée par les produits chimiques ou les procédés de nettoyage de la lithographie traditionnelle. Troisièmement, en évitant le dépôt direct de matériaux sur les plaquettes, on évite les contraintes sur le cristal de GaAs dues aux différences de contraction thermique lorsque le dispositif est refroidi jusqu'aux millikelvins. Enfin, on évite les pièges de charge en remplaçant les matériaux diélectriques traditionnels, comme les oxydes, entre le semiconducteur et les grilles par du vide dans un dispositif flip-chip. En préservant la haute mobilité des 2DEG, nos dispositifs flip-chip permettent de poursuivre l'étude des états Hall quantiques fragiles. Dans cet article, nous présenterons des résultats sur l'application de grilles à un 2DEG d'une mobilité atteignant 25 ×106 cm2/Vs et discuterons des progrès réalisés dans la conception d'interféromètres de Fabry-Pérot pour le régime Hall quantique fractionnaire.
[1] Y. Jang Chung, K. W. Baldwin, K. W. West, et al. Spatial Mapping of Local Density Variations in Two-dimensional Electron Systems Using Scanning Photoluminescence. Nano Lett. 19 (3), 1908-1913 (2019)
[2] Bennaceur, K., Schmidt, B., Gaucher, S. et al. Mechanical Flip-Chip for Ultra-High Electron Mobility De-vices. Sci. Rep. 5, 13494 (2015)
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Mathieu Juan
Protéger les dispositifs quantiques supraconducteurs contre le bruit infrarouge
Les dispositifs à jonctions Josephson Al-AlOx-Al peuvent être altérés par l'empoisonnement par quasi-particules, causé par le « bruit infrarouge » dans la plage de 80 à 100 GHz. Ce bruit provient du rayonnement de corps noir des étages à plus haute température d'un réfrigérateur à dilution, qui se propage jusqu'à l'étage de mélange. Les filtres micro-ondes RLC conventionnels ne protègent pas contre ce type de bruit, car leur fonctionnement commence à se dégrader aux fréquences plus élevées. La façon habituelle de se protéger du bruit infrarouge consiste à utiliser un filtre coaxial doté d'un diélectrique absorbant l'infrarouge. Toutefois, les matériaux utilisés absorbent aussi les fréquences dans la bande, ce qui dégrade le signal. Un filtre de rechange fondé sur une cavité et un guide d'ondes, le filtre HERD, a été proposé en 2022. Nous en avons modifié la conception dans l'espoir d'en améliorer les performances. L'affiche présentera les modifications apportées au filtre, leurs raisons et les performances de ces filtres HERD de deuxième génération.
Doctorant, Université McGill
Directeur : Kai Wang
Titre à venir
Doctorante, Université McGill
Directeur : Bill Coish
Titre à venir