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Members
Date
May 24, 2022 9:30 AM
-
May 25, 2022 3:30 PM
Lieu de l'événement
Hôtel Château Bromont
10 h 30 – 10 h 55 Inscription
10 h 55 – 11 h Mot d'ouverture (Salon A)
11:00 - 11:15 Pr. Nicolas Godbout, directeur de l'INTRIQ
11 h 15 – 11 h 30 Martin Laforest, ACET
Zone quantique
11 h 30 – 12 h Pr Sébastien Francoeur, Polytechnique Montréal
Tutoriel : Notions essentielles sur les matériaux 2D : la spectroscopie Raman
12 h – 13 h 30 Dîner (Salle Knowlton)
13 h 30 – 14 h 30 Pre Adina Luican-Mayer, Université d'Ottawa
Matériaux 2D quantiques et dispositifs à l'échelle atomique
14 h 30 – 15 h Pause-café (Salon B)
15 h – 16 h Dr Christoph Stampfer, RWTH Aachen
Vers des qubits de spin et de vallée dans le graphène
16 h – 17 h Présentations de l'écosystème quantique
Aimee Gunther, Ph. D., CNRC, responsable du programme Capteurs quantiques
Le programme de défi Capteurs quantiques du Conseil national
de recherches Canada
Karabina Koray, Ph. D., CNRC, directeur adjoint, Capteurs quantiques
Le programme de défi Informatique quantique appliquée du Conseil national
de recherches Canada
Félix Beaudoin, Ph.D., Nanoacademic Technologies Inc.
Directeur des technologies quantiques
Conception assistée par ordinateur (TCAD) de qubits de spin à température
cryogénique
M. Olivier Gagnon-Gordillo, Québec quantique
Responsable de la stratégie et du développement
L'écosystème quantique au Québec
Dr Udson Mendes, CMC Microsystems
Chef d'équipe, Informatique quantique
CMC Microsystems : démocratiser l'accès aux technologies
quantiques
17 h – Session d'affiches et rafraîchissements (Salon B)
19 h 30 – Souper INTRIQ (Salle Knowlton)
8:30 - 9:30 Alex Bredariol Grilo, Ph.D., CNRS Sorbonne
Les algorithmes d'apprentissage quantique impliquent des bornes inférieures sur les circuits
9 h 30 – 10 h 15 Professeur Kartiek Agarwal, Université McGill
Cicatrices quantiques à N corps et leur lien étroit
avec les automates cellulaires
10 h 15 – 11 h Pause-café (Salon B)
11:00 - 12:00 Christopher Chamberland, Ph.D., Amazon Web Services
Calcul quantique universel tolérant aux fautes par chirurgie de réseau
12 h – 13 h 30 Dîner (Salle Knowlton)
13 h 30 – 14 h Professeur Kartiek Agarwal, Université McGill
Tutoriel : Que sont les modes zéro de Majorana ?
14 h – 14 h 40 Professeur Nicolas Quesada, Polytechnique Montréal
Avantage computationnel quantique par échantillonnage de bosons gaussien
14 h 40 – 14 h 50 Pause
14:50 - 15:20 Sho Onoe, stagiaire postdoctoral, Polytechnique Montréal
Vers une mesure quantique en un seul coup des deux quadratures du champ
à des échelles de temps inférieures au cycle
15 h 20 – 15 h 40 Simon Bolduc Beaudoin, doctorant, Université de Sherbrooke
Statistique des photons micro-ondes à large bande
15 h 40 – 16 h Jonathan Durandau, doctorant, Université de Sherbrooke
Deux, c'est bien, trois, c'est trop : ordinateurs quantiques à pièges
à ions segmentés
16 h – 16 h 25 Questions et réponses
16 h 25 – 16 h 30 Mot de clôture
Amazon Web Services
Calcul quantique universel tolérant aux fautes par chirurgie de réseau
Les ordinateurs quantiques promettent de résoudre certaines familles de problèmes exponentiellement plus rapidement que les ordinateurs classiques. Cependant, en raison des taux de bruit élevés, la construction de dispositifs quantiques à grande échelle demeure un défi important et nécessitera une architecture de correction d'erreurs tolérante aux fautes adaptée au matériel. Dans cette présentation, je présenterai de nouveaux développements en matière de codes correcteurs d'erreurs topologiques, en mettant l'accent sur les mises en œuvre de la chirurgie de réseau (lattice surgery) pour construire un ordinateur quantique universel tolérant aux fautes. Plus précisément, j'expliquerai d'abord comment toutes les portes des algorithmes quantiques peuvent être décomposées en mesures de Pauli multiqubits et comment ces mesures peuvent être réalisées par chirurgie de réseau. J'aborderai ensuite les mises en œuvre de la chirurgie de réseau sans torsion et avec torsion, les premières convenant à des familles plus larges de matériel quantique. Je traiterai ensuite de l'encodage temporel de la chirurgie de réseau, qui permet d'accélérer considérablement les protocoles de chirurgie de réseau. Enfin, je conclurai en présentant un modèle d'architecture « cœur-cache » pour un processeur quantique.
CNRS Sorbonne
Les algorithmes d'apprentissage quantique impliquent des bornes inférieures sur les circuits
Dans cette présentation, je présenterai le premier lien général entre la conception d'algorithmes quantiques et les bornes inférieures sur les circuits. Dans nos travaux, nous montrons que des algorithmes d'apprentissage quantique non triviaux pour des classes de circuits impliquent des bornes inférieures sur les circuits, des résultats très recherchés en théorie de la complexité classique et liés à des questions clés du domaine, comme la question P contre NP. Notre preuve s'appuie sur plusieurs travaux en théorie de l'apprentissage, en pseudo-aléatoire et en complexité algorithmique et, de manière cruciale, sur un lien entre les algorithmes d'apprentissage classiques non triviaux et les bornes inférieures sur les circuits établi par Oliveira et Santhanam (CCC 2017). Plus concrètement, nous montrons, entre autres résultats, comment les générateurs pseudo-aléatoires impliquent de façon générique des liens entre apprentissage et bornes inférieures, nous construisons le premier générateur pseudo-aléatoire conditionnel sûr contre les calculs quantiques uniformes, et nous étendons l'algorithme de décodage local par liste d'Impagliazzo, Jaiswal, Kabanets et Wigderson (SICOMP 2010) aux circuits quantiques grâce à une analyse délicate. Nous croyons que ces contributions présentent un intérêt indépendant et pourraient trouver d'autres applications.
Il s'agit de travaux réalisés conjointement avec Srinivasan Arunachalam, Tom Gur, Igor C. Oliveira et Aarthi Sundaram.
Département de physique, Université d'Ottawa
Matériaux 2D quantiques et dispositifs à l'échelle atomique
Les systèmes de matériaux, les dispositifs et les circuits fondés sur la manipulation de charges, de spins et de photons individuels dans des plateformes à l'état solide sont essentiels aux technologies quantiques révolutionnaires. Le domaine en plein essor des matériaux bidimensionnels (2D) quantiques offre une occasion émergente de percées dans le développement des technologies quantiques de prochaine génération, tout en repoussant les limites de la compréhension fondamentale de la matière condensée. Notre laboratoire vise à créer des fonctionnalités quantiques dans des systèmes 2D en combinant des techniques de fabrication et d'assemblage de couches 2D avec la microscopie à sonde locale de précision atomique.
Dans cette présentation, je me concentrerai sur des expériences de microscopie et de spectroscopie à effet tunnel visant à élucider la nature des défauts à l'échelle atomique dans les matériaux 2D [1] et à créer de nouvelles structures de moiré par la torsion de couches 2D [2]. J'aborderai également nos résultats récents sur la réponse locale réversible des réseaux de parois de domaines aux interfaces ferroélectriques de bicouches de WS2 faiblement torsadées. Ensuite, je présenterai nos progrès dans la réalisation de dispositifs à confinement quantique dans des semiconducteurs 2D [3].
[1] Phys. Rev. B 102 (20), 205408, (2020)
[2] Journal of Applied Physics, (2020)
[3] Applied Physics Letters 119 (13), 133104(2021) and arXiv preprint arXiv:2203.11871
Département de génie physique, Polytechnique Montréal
Avantage computationnel quantique par échantillonnage de bosons gaussien
L'une des propositions les plus attrayantes pour démontrer l'avantage quantique, c'est-à-dire lorsqu'un processeur quantique effectue des calculs bien au-delà de la portée de tout superordinateur classique, est l'échantillonnage de bosons gaussien (GBS). Cette architecture photonique quantique se compose de multiples modes de lumière comprimée qui sont intriqués dans un interféromètre, puis mesurés à l'aide de compteurs de photons. Dans cette présentation, nous discutons des perspectives et des affirmations récentes d'avantage computationnel quantique photonique.
Nous présentons deux résultats d'impossibilité (no-go) montrant que les échantillonneurs de bosons gaussiens programmables dont les interféromètres sont assemblés à partir de séparatrices à pertes entre plus proches voisins ne peuvent pas être utilisés pour démontrer l'avantage quantique. Lorsque les interféromètres sont peu profonds, c'est-à-dire que chaque mode n'interagit qu'avec très peu de proches voisins, nous fournissons un algorithme classique efficace pour la simulation du GBS [1].
Dans la limite opposée, lorsque l'interféromètre est profond et grand, nous montrons que l'accumulation exponentielle des pertes induite par de nombreuses couches de séparatrices à pertes nous permet d'approximer l'échantillonnage à l'aide de mélanges d'états cohérents, pour lesquels l'échantillonnage peut être effectué efficacement [2].
Enfin, nous présentons notre proposition récente [3] de construire des échantillonneurs de bosons gaussiens programmables utilisant des séparatrices entre des modes éloignés, grâce à des boucles de retard en fibre servant de tampons dans des architectures multiplexées dans le domaine temporel. Nous montrons que les algorithmes classiques les plus avancés pour simuler l'architecture proposée sont largement surpassés par des mises en œuvre potentielles à court terme. Ces travaux ouvrent ainsi la voie à la démonstration d'un avantage computationnel quantique avec des processeurs photoniques programmables.
[1] Efficient sampling from shallow Gaussian quantum-optical circuits with local interactions. H. Qi, D. Cifuentes, K. Brádler, R. Israel, T. Kalajdzievski, N. Quesada, Phys. Rev. A 105 (5), 052412 (2022)
[2] Regimes of Classical Simulability for Noisy Gaussian Boson Sampling. H. Qi,D. J. Brod, N. Quesada, and R. García-Patrón. Phys. Rev. Lett. 124, 100502 (2020).
[3] Quantum Computational Advantage via High-Dimensional Gaussian Boson Sampling. A. Deshpande, et al., arXiv 2102.12474 . To appear in Science Adv. 8(1), eabi7894 (2022)
JARA-FIT et 2e Institut de physique, Université RWTH d'Aix-la-Chapelle, Allemagne
Institut Peter Grünberg (PGI-9), Forschungszentrum Jülich, Allemagne
Vers des qubits de spin et de vallée dans le graphène
Le graphène et le graphène bicouche (BLG) sont des plateformes attrayantes pour les circuits quantiques, avec des applications potentielles dans le domaine de l'information quantique. Cela a motivé des efforts considérables pour étudier des dispositifs à boîtes quantiques à base de graphène et de graphène bicouche. Un défi majeur dans ce contexte est l'absence de bande interdite dans le graphène, qui ne permet pas de confiner les électrons par des moyens électrostatiques, ce qui rend particulièrement intéressant le BLG dont la bande interdite est ouverte par un champ de déplacement.
Nous présentons ici des boîtes quantiques simples et doubles contrôlées par grille dans du BLG à bande interdite ouverte électrostatiquement [1-3]. Nous démontrons un degré de contrôle remarquable de nos dispositifs, qui permettent de réaliser des systèmes de doubles boîtes quantiques électron-trou et électron-électron avec une occupation à un seul électron. Dans les dispositifs à boîte quantique simple comme double, nous atteignons le régime de très peu d'électrons ou de trous, et nous sommes en mesure d'extraire les énergies des états excités et d'étudier leur évolution dans un champ magnétique parallèle et perpendiculaire. Enfin, je présenterai des données sur des boîtes quantiques dans le BLG permettant d'étudier le couplage spin-vallée dans le graphène bicouche [2] ainsi que les durées de vie de spin [3]. Nos travaux ouvrent la voie à la réalisation de qubits de spin et de vallée dans le graphène.
[1] S. Möller, L. Banszerus, A.Knothe, C. Steiner, E. Icking, S. Trellenkamp, F. Lentz, K. Watanabe, T.Taniguchi, L. Glazman, V. Fal'ko, C. Volk, and C. Stampfer, Phys. Rev. Lett.127, 256802 (2021)
[2] L. Banszerus,S. Möller, C. Steiner, E. Icking, S. Trellenkamp, F. Lentz, K. Watanabe, T.Taniguchi, C. Volk, and C. Stampfer, Nature Communications 12, 5250 (2021)
[3] L. Banszerus, K. Hecker, S. Möller, E. Icking, K. Watanabe, T. Taniguchi,C. Volk, and C. Stampfer, arXiv: 2110.13051 (2022)
Directeur des technologies quantiques
Nanoacademic Technologies Inc.
Conception assistée par ordinateur (TCAD) de qubits de spin à température cryogénique
Si les technologies quantiques promettent des applications de rupture en calcul, en détection et en communications sécurisées, leur performance est déterminée par la qualité du matériel quantique sous-jacent. Dans toutes les mises en œuvre et applications, atteindre et étendre l'avantage quantique exigera de nombreux cycles de R-D comprenant la conception des qubits, la fabrication, la caractérisation expérimentale et l'analyse des données. Dans l'industrie des semiconducteurs classiques, les logiciels matures de conception assistée par ordinateur technologique (TCAD) jouent un rôle central dans ce flux de travail en permettant de prédire et d'optimiser la performance des dispositifs avant leur fabrication, ce qui accélère le développement du matériel et réduit les coûts de R-D. Malheureusement, les logiciels TCAD conventionnels ne s'appliquent pas au matériel quantique, qui repose sur une physique complètement différente.
Dans cette présentation, nous présentons QTCAD, un nouvel outil logiciel de conception assistée par ordinateur pour les technologies quantiques (Quantum-Technology Computer Aided Design) conçu pour remplir ce rôle. Grâce à des fonctionnalités avancées de modélisation fondée sur la physique et à de puissantes méthodes numériques, QTCAD permet de simuler du matériel à qubits de spin afin de prédire la performance des dispositifs avant leur fabrication, même aux températures cryogéniques requises pour le fonctionnement des qubits de spin, auxquelles la plupart des outils TCAD commerciaux ne parviennent pas à converger. Au cours de cette présentation, nous présenterons les principales fonctionnalités de QTCAD, à savoir des solveurs de Poisson non linéaire, de Schrödinger, à N corps et de transport. Nous présenterons également des cas d'utilisation représentatifs portant sur des boîtes quantiques à grilles, ainsi que des résultats de simulation typiques pour l'électrostatique des grilles, le confinement quantique, le transport en régime de blocage de Coulomb, les oscillations de Rabi et bien plus encore.
Québec quantique
Responsable de la stratégie et du développement
L'écosystème quantique au Québec
Agent de recherche – Technologies numériques
Conseil national de recherches Canada
Le programme de défi Informatique quantique appliquée du Conseil national de recherches Canada
Le Conseil national de recherches Canada élabore un nouveau programme de défi en informatique quantique appliquée. Le programme collaborera avec l'industrie et le milieu universitaire pour soutenir l'innovation commerciale et consolider la position du Canada comme chef de file mondial de l'informatique quantique appliquée. Les axes potentiels comprennent les algorithmes quantiques et leurs applications, les simulations quantiques de systèmes physiques ainsi que les modèles et l'architecture des ordinateurs quantiques. Cette présentation donnera un aperçu du programme de défi Informatique quantique appliquée et abordera certains projets futurs.
Directrice adjointe, programme de défi Capteurs quantiques
Conseil national de recherches Canada
Le programme de défi Capteurs quantiques du Conseil national de recherches Canada
Dans le cadre du Programme d'innovation du gouvernement du Canada, le Conseil national de recherches Canada a annoncé son intention de lancer un programme de recherche pour soutenir la recherche collaborative sur les capteurs quantiques. La conception du programme a commencé au début de 2020. Coïncidant avec son lancement au printemps 2021, le programme a reçu un financement supplémentaire découlant de l'engagement du gouvernement du Canada à élaborer une Stratégie quantique nationale. Cette présentation passera en revue la structure des programmes de défi du CNRC, donnera un aperçu général de la première ronde de projets financés dans le cadre du programme et abordera les plans pour les six années restantes du programme.
Chef d'équipe, Informatique quantique
CMC Microsystems
CMC Microsystems : démocratiser l'accès aux technologies quantiques
La mission de CMC est de démocratiser l'accès à des technologies matérielles et logicielles quantiques de pointe pour les différents secteurs de l'écosystème quantique canadien. Dans cette présentation, je donnerai un bref aperçu des services d'informatique quantique de CMC offerts aux chercheurs universitaires, aux jeunes pousses et aux clients industriels canadiens. Ces services comprennent l'accès à des outils de CAO, la fabrication de dispositifs supraconducteurs, CMOS et photoniques, l'accès à des systèmes d'informatique quantique et la formation de personnel hautement qualifié.
Professeur, Université McGill
Cicatrices quantiques à N corps et leur lien étroit avec les automates cellulaires
Nous proposons une approche systématique pour construire des cicatrices quantiques à N corps (QMBS) approximatives à partir de circuits d'automates de Floquet à deux couches qui présentent des résurgences à N corps triviales. Pour ce faire, nous appliquons successivement davantage de restrictions qui forcent les portes locales du circuit d'automate à commuter de façon de plus en plus exacte lorsqu'elles agissent sur des états cicatrices choisis. Une fois ces règles en place, on constate qu'un hamiltonien de Floquet local effectif décrit la dynamique des automates sur une longue fenêtre préthermique, et les termes négligés peuvent servir à estimer la relaxation des résurgences. Nous fournissons des preuves numériques à l'appui de cette description et utilisons notre construction pour dériver plusieurs modèles de QMBS, dont le célèbre modèle PXP.
Professeur, Université McGill
Tutoriel : Que sont les modes zéro de Majorana ?
Le calcul quantique topologique est extrêmement prometteur pour la construction de dispositifs quantiques extensibles, car il assure naturellement une protection contre les erreurs au niveau du matériel. Une composante majeure d'un tel ordinateur quantique futur est constituée par les modes zéro de Majorana, ou « Majoranas ». Dans ce tutoriel, j'expliquerai ce que sont les modes zéro de Majorana et pourquoi ils sont importants pour la construction de bits quantiques (qubits) topologiques, comment ils sont réalisés dans les matériaux, l'état actuel des expériences et de la théorie, ainsi que les voies possibles pour l'avenir.
Étudiant au doctorat, Université de Sherbrooke
Directeur : Bertrand Reulet
Statistique des photons micro-ondes à large bande
Étudiant au doctorat, Université de Sherbrooke
Directeur : Yves Bérubé-Lauzière
Deux, c'est bien, trois, c'est trop : ordinateurs quantiques à pièges à ions segmentés
L'existence d'ordinateurs à ions déplacés entre des pièges, dont l'architecture consiste en un agencement linéaire de pièges segmentés, a maintenant été démontrée possible et constitue l'une des voies actuellement étudiées pour les ordinateurs quantiques NISQ. Il existe différentes façons d'étendre et de perfectionner la performance de ce type d'architecture. Dans cet article, nous étudions l'effet du nombre d'ions par piège sur la mise en œuvre d'algorithmes quantiques sur ce type de machine. Nous examinerons les hypothèses nécessaires pour que l'augmentation du nombre d'ions par piège soit avantageuse pour la mise en œuvre, et nous explorerons également les difficultés supplémentaires qu'elle entraîne. Nous montrerons par nos simulations que la difficulté de mettre en œuvre un plus grand nombre d'ions n'est peut-être pas compensée par la facilité de déplacement qu'elle procure.
Professeur, Polytechnique Montréal
Tutoriel : Notions essentielles sur les matériaux 2D : la spectroscopie Raman
Présentant une grande variété de propriétés parfois spectaculaires, les matériaux 2D se sont imposés comme une famille importante de matériaux. Si la caractérisation et le développement de ces matériaux font appel à plusieurs techniques et instruments sophistiqués, l'une de ces techniques a joué un rôle central et prépondérant : la spectroscopie Raman. J'ai découvert cette technique en même temps que les matériaux 2D, et elle n'a jamais cessé depuis de m'impressionner par sa polyvalence et sa puissance formidables.
Dans ce court tutoriel, je présenterai d'abord certains aspects fondamentaux de la spectroscopie Raman. Je montrerai ensuite comment elle fournit des informations essentielles sur la symétrie cristalline, l'empilement des couches, le confinement des phonons, l'oxydation et les défauts. Je présenterai quelques exemples convaincants de l'utilisation de la spectroscopie Raman pour étudier le couplage électron-phonon, les états électroniques et excitoniques résonants ainsi que les polaritons hyperboliques. Enfin, je montrerai comment les processus Raman, en plus de sonder une grande variété d'excitations à l'état solide, peuvent servir à contrôler de façon cohérente des états quantiques.
Stagiaire postdoctoral, Polytechnique Montréal
Directeur : Denis Seletskiy
Vers une mesure quantique en un seul coup des deux quadratures du champ à des échelles de temps inférieures au cycle
Une description classique de l'échantillonnage électro-optique dispersif a été proposée comme technique de mesure en un seul coup pour mesurer le champ électrique dans le domaine temporel. Dans cette description, le nombre de points de données dans le domaine temporel est limité par le nombre de pixels que la caméra peut mesurer. Nous reformulons cette technique dans le régime quantique en considérant une sonde à ultra-large bande, en remplaçant la méthode de détection par une transformée de Fourier dispersive et en introduisant le post-traitement nécessaire pour mesurer les deux quadratures, soit le champ électrique et son conjugué. Cela exige un traitement plus précis des éléments dispersifs de l'échantillonnage électro-optique, tels que le cristal non linéaire et la lame d'onde achromatique, que nous intégrons à l'analyse de post-traitement impulsion par impulsion.
Doctorant, Polytechnique Montréal
Directeur : Oussama Moutanabbir
Transparence induite par la polarisation modulée dynamiquement dans des réseaux de nanofils cœur/coquille du groupe IV
Nous démontrons théoriquement et expérimentalement un analogue de la transparence induite électromagnétiquement aux fréquences de l'infrarouge à ondes courtes dans un système de métasurface entièrement diélectrique constitué d'un réseau bidimensionnel de nanofils cœur/coquille Si/GeSn sur un substrat de silicium. En faisant varier la polarisation de la lumière incidente, nous montrons que la réflectance du réseau peut être efficacement façonnée grâce à l'interférence multipolaire induite par les interactions dipolaires électriques et magnétiques.
Étudiant au doctorat, CNRC - Ottawa
Directeur : Louis Gaudreau
Confinement quantique dans les hétérostructures 2D
Le confinement quantique dans les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) bidimensionnels (2D) offre la possibilité de créer des états quantiques uniques pouvant être utiles aux 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.
Dans cette affiche, nous présentons la fabrication d'un dispositif entièrement encapsulé à base de diséléniure de tungstène (WSe2) monocouche dans lequel nous réalisons des boîtes quantiques de trous contrôlées par grille. Nous démontrons comment l'architecture de notre dispositif nous permet d'identifier et de contrôler, à l'aide des grilles, les boîtes quantiques formées dans les minima locaux des fluctuations du potentiel électrostatique dans le WSe2. On observe des pics et des diamants de blocage de Coulomb qui nous permettent d'extraire de l'information sur le diamètre de la boîte et son énergie de charge. De plus, nous démontrons que le transport dans le canal formé par deux grilles est sensible à l'occupation d'une boîte quantique voisine. Nous montrons également que ce canal peut être réglé pour fonctionner en régime de détection de charge ou en régime de blocage de Coulomb. Enfin, nous présentons une nouvelle architecture de dispositif qui présente des plateaux de conductance quantifiée sur une longueur de canal de 600 nm à une température de 4 K. Une conductance quantifiée sur un canal aussi long offre la possibilité d'intégrer des circuits de boîtes quantiques définies par grilles sans les inconvénients de l'inhomogénéité dans le canal.
Étudiant à la maîtrise, Université d'Ottawa
Directrice : Anne Broadbent
Boîtes Non-Locales en Information Quantique
Au jeu CHSH, les stratégies quantiques sont limitées par la borne de Tsirelson, à ~85 % de réussite maximale à ce jeu. Mais les stratégies post-quantiques, formalisées par les boîtes non locales, peuvent aller jusqu'à 100 %. On aimerait donner un critère pour expliquer pourquoi ces boîtes sont invraisemblables dans la Nature, et l'on conjecture que ce critère est la complexité de communication. En effet, on sait déjà que les corrélations quantiques engendrent une complexité de communication non triviale, et qu'au contraire les boîtes non locales qui gagnent à CHSH avec ≥ 91 % rendent triviale la complexité de communication (2006). Question ouverte : qu'en est-il des autres boîtes non locales ? Si on arrive à montrer que les autres boîtes non locales rendent aussi triviale la complexité de communication, alors on aura une explication pour la présence de la borne de Tsirelson : c'est parce que la complexité de communication doit rester non triviale pour qu'une stratégie soit possible dans la Nature.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Michel Pioro-Ladrière
Organisation de l’instrumentation pour acheminer les signaux de contrôle sans pièces de conditionnement cryogénique, à l’aide de câble spécialement conçu pour la combinaison de signaux à température ambiante
Intégrer l’initialisation des échantillons de qubits de spin dans un appareil qui peut mesurer le courant de fuite ainsi que générer de hautes tensions. Cet instrument servira à automatiser et à réduire le temps d’analyse, ainsi qu’à permettre de développer de nouveaux algorithmes et formes d’onde pour atteindre plus rapidement le régime à un électron.
Étudiant à la maîtrise, Université d'Ottawa
Directrice : Anne Broadbent
Rigidité des jeux de monogamie de l'intrication
Dans un jeu de monogamie de l'intrication (MoE), deux joueurs qui ne communiquent pas tentent de deviner simultanément le résultat de la mesure effectuée par un arbitre sur un état quantique partagé qu'ils ont préparé. Nous étudions l'exemple prototypique d'un jeu où l'arbitre mesure soit dans la base de calcul, soit dans la base de Hadamard, et informe les joueurs de son choix.
Nous montrons que ce jeu satisfait une propriété de rigidité semblable à ce que l'on connaît pour certains jeux non locaux. Autrement dit, pour gagner de façon optimale, la stratégie des joueurs doit avoir une forme précise, à savoir une combinaison convexe de quatre stratégies optimales non intriquées générées par l'état de Breidbart. Nous étendons ce résultat pour montrer que les stratégies qui gagnent de façon quasi optimale doivent aussi être proches d'un état optimal de cette forme. Nous montrons également la rigidité pour plusieurs copies du jeu jouées en parallèle.
À titre d'application, nous construisons pour la première fois un schéma d'effacement faible de chaîne (weak string erasure) dont la sécurité ne repose pas sur des limitations du matériel des parties. Nous ajoutons plutôt un prouveur, qui assure la sécurité grâce à la rigidité de ce jeu MoE. De plus, nous montrons que cela permet de réaliser une mise en gage de bit (bit commitment) dans un modèle où c'est impossible classiquement.
Doctorant, Polytechnique Montréal
Directeur : Oussama Moutanabbir
Résonance de spin dipolaire électrique pour les trous légers dans un puits quantique de germanium à bande interdite directe
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Bertrand Reulet
Boucles de fluctuations dans les circuits micro-ondes
Les boucles de fluctuations sont des trajectoires moyennes que l'on peut observer dans des systèmes hors d'équilibre entraînés par le bruit. Dans les circuits électroniques, on peut les observer en mesurant deux tensions et en moyennant toutes les trajectoires entre toute paire de points dans l'espace (V1,V2) ainsi obtenu. Les trajectoires elles-mêmes et d'autres métriques connexes dans le domaine temporel nous permettent de quantifier à quel point un circuit s'écarte de l'équilibre, et leur application aux circuits micro-ondes ouvre la voie à des mesures en régime quantique.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Bertrand Reulet
Sujet à venir
Doctorant, Université McGill
Directeur : Bill Coish
Transfert de population quasi adiabatique rapide généralisé pour améliorer la lecture, le transport et l'atténuation du bruit des qubits
Les schémas de transfert de population sont couramment utilisés pour convertir l'information stockée de façon robuste dans un système quantique, à des fins de manipulation et de mémoire, en degrés de liberté plus macroscopiques en vue de la mesure. Ces schémas peuvent comprendre, par exemple, la conversion spin-charge pour les spins dans les boîtes quantiques, le désaccord des qubits de charge entre un point de fonctionnement insensible au bruit et un point de mesure, le transport spatial de qubits encodés dans des spins ou des ions, et les schémas de conversion parité-charge pour les qubits fondés sur les modes zéro de Majorana. Une stratégie courante consiste à utiliser une conversion lente (adiabatique). Cependant, dans un schéma adiabatique, les conditions d'adiabaticité d'une part, et l'accumulation d'erreurs par déphasage, fuite et relaxation énergétique d'autre part, limitent la fidélité pouvant être atteinte. Nous proposons ici des stratégies explicites de conversion quasi adiabatique rapide (fast-QUAD), c'est-à-dire des formes d'impulsion, allant au-delà de l'approximation adiabatique et permettant une conversion d'état optimale. Contrairement à de nombreuses autres approches, nous tenons compte ici d'une source de bruit générale en combinaison avec la mise en forme des impulsions. Inspirés par les méthodes analytiques développées pour la théorie du découplage dynamique, nous proposons un cadre général pour des stratégies uniques d'atténuation du bruit pouvant être adaptées au système et à l'environnement d'intérêt.
Étudiant à la maîtrise, Polytechnique Montréal
Directeur : Oussama Moutanabbir
Contrôle cohérent dans l'infrarouge moyen
Le GeSn est un semiconducteur compatible avec le silicium qui suscite un grand intérêt en raison de la possibilité d'ajuster le caractère direct de sa bande interdite et son énergie dans l'infrarouge moyen, et de son potentiel pour la conception de dispositifs photoniques et optoélectroniques monolithiques. Dans ces travaux, nous exploitons les développements récents dans l'obtention de couches de GeSn de haute qualité à bande interdite directe pour étudier l'injection optique et le contrôle cohérent de courants de charge et de spin dans ce semiconducteur du groupe IV. L'étude de ces processus pourrait jouer un rôle clé dans le développement d'interfaces photon-spin cohérentes, recherchées depuis longtemps pour la distribution de l'intrication, et pourrait avoir des applications novatrices en détection quantique biochimique grâce à l'accès à la région de l'infrarouge moyen. À cette fin, un modèle k·p à 30 bandes sur toute la zone est appliqué pour obtenir la structure de bandes du GeSn relaxé. Pour l'absorption à un et à deux photons, l'injection optique de porteurs, de spin, de courant et de courant de spin est calculée dans l'approximation des particules indépendantes. Des propriétés critiques comme l'anisotropie de l'absorption à deux photons et le dichroïsme linéaire-circulaire sont également extraites. Enfin, le contrôle cohérent au moyen d'un champ bichromatique de fréquences ω et 2ω est étudié. Dans ce cas, avec l'incorporation de Sn dans le Ge, nous constatons une augmentation importante de l'injection de courant de charge à des énergies proches de la bande interdite, et de l'injection de courant de spin sur une plage d'énergies relativement large.
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Alexandre Blais
Simulation réaliste de la première expérience de code de surface à 17 qubits
Le code de surface est un candidat de premier plan pour la réalisation de la correction d'erreurs quantiques avec des qubits supraconducteurs, en raison de son agencement de qubits en grille 2D bien adapté et de sa tolérance aux erreurs relativement élevée. Pour orienter les efforts visant à améliorer la capacité du code à préserver les états logiques, il est nécessaire de modéliser le système de façon réaliste à partir de caractéristiques du dispositif informées par l'expérience, comme les temps de cohérence individuels des qubits, les interactions cross-Kerr et les fidélités des portes. Nous résolvons ici l'évolution temporelle complète d'un dispositif à 17 qubits mettant en œuvre un code de surface de distance 3, à l'aide d'une approche de fonctions d'onde Monte-Carlo. Nous mettons également en œuvre un modèle effectif qui reproduit toute la dynamique souhaitée tout en réduisant considérablement les besoins en calcul. Grâce à cette approche, nous analysons la performance attendue du code en fonction de paramètres de qubits pertinents sur le plan expérimental et de leur distribution non uniforme sur le dispositif. Nous étudions également les améliorations optimales des paramètres nécessaires pour mieux préserver les états logiques et atteindre le seuil.
Étudiante à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Michel Pioro-Ladrière
Préparation d'un état chat dans un circuit supraconducteur
L'encodage de l'information dans l'espace de Hilbert naturellement grand d'un oscillateur harmonique permet de considérer des états complexes de la lumière comme une base logique et de les utiliser pour des codes de correction d'erreurs quantiques [1]. En transférant l'état d'un qubit unique sur l'état d'une cavité, on peut obtenir des états multiphotoniques appelés états chats [2,3,4]. Nous présentons ici une mise en œuvre du protocole de transfert qubit-cavité (qcMAP) [4,5] utilisant un transmon comme qubit ancillaire et une cavité coaxiale pour stocker l'état encodé. Avec ce matériel, nous atteignons une fidélité de préparation de 93 %, limitée principalement par les temps de relaxation et de décohérence du transmon et par l'auto-Kerr de la cavité.
[1]W. Cai et. al., Fundam. Res. 1, 50-67(2021)
[2] N. Ofek, A.Petrenkoet.al., Nature 536, 441-445 (2016)
[3] S. Haroche and J-M.Raimond, Exploring the Quantum (2006)
[4] B. Vlastakis et.al.,Science 342, 6158 (2013)
[5] Z. Leghtas et.al., PRA 87, 042315 (2013)
Étudiant à la maîtrise, Université McGill
Directeur : Bill Coish
Magnons de Jackiw-Rebbi
Nous étudions théoriquement les excitations élémentaires d'un isolant topologique magnétique. Ces excitations combinent des aspects des états liés de Jackiw-Rebbi et des modes de magnons. Plus précisément, nous considérons les excitations délocalisées d'un ferroaimant quantique en contact avec un système d'électrons de Dirac 2D. L'aimantation locale ouvre une bande interdite dans le système électronique, ce qui donne lieu à des états liés aux parois de domaines magnétiques (modes de Jackiw-Rebbi). Les excitations délocalisées (magnons) de ce système héritent ainsi d'une charge provenant des états liés de Jackiw-Rebbi délocalisés. Nous montrons que ces excitations composites (magnons de Jackiw-Rebbi) peuvent être sondées expérimentalement par la distribution caractéristique du courant chiral, ainsi que par des caractéristiques uniques des susceptibilités de spin transverses.
Étudiant à la maîtrise, CNRC - Ottawa
Directeur : Louis Gaudreau
Contrôle cohérent d'un qubit à trou lourd unique dans un dispositif à double boîte quantique GaAs/AlGaAs
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directrice : Eva Dupont-Ferrier
Sujet à venir
Doctorant, CNRC - Ottawa
Directeur : Louis Gaudreau
Réponse locale réversible des réseaux de parois de domaines aux interfaces ferroélectriques de bicouches de WS2 faiblement torsadées
Laurent Molino (1), Leena Aggarwal (1), Vladimir Enaldiev (3), Ryan Plumadore (1), Vladimir Falko (2,3,4), Adina Luican-Mayer (1)*
1 Département de physique, Université d'Ottawa, Ottawa, Canada
2 National Graphene Institute, Université de Manchester, Manchester, Royaume-Uni
3 Département de physique et d'astronomie, Université de Manchester, Manchester, Royaume-Uni
4 Henry Royce Institute for Advanced Materials, Université de Manchester, Manchester, Royaume-Uni
Les matériaux ferroélectriques semiconducteurs à commutation de polarisation de faible énergie offrent une plateforme pour l'électronique de prochaine génération, comme les transistors ferroélectriques à effet de champ. Les domaines ferroélectriques aux interfaces à symétrie brisée de films de dichalcogénures de métaux de transition offrent la possibilité de combiner le potentiel des ferroélectriques semiconducteurs avec la polyvalence des dispositifs en matériaux bidimensionnels. Nous démontrons ici, à l'aide d'un microscope à effet tunnel, le contrôle local des domaines ferroélectriques dans une bicouche de WS2 faiblement torsadée, et l'évolution réversible observée de ces domaines est expliquée à l'aide d'un modèle de type corde du réseau de parois de domaines. Nous identifions deux régimes caractéristiques de l'évolution des domaines : (i) la flexion élastique de dislocations vis partielles séparant des domaines plus petits à empilement maclé et (ii) la formation de dislocations vis parfaites par la fusion de paires de parois de domaines primaires. Nous montrons également que ces dernières servent de germes au rétablissement réversible de la polarisation inversée.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Michel Pioro-Ladrière
Boîte à outils pour le réglage rapide de qubits de spin dans le régime à un électron
L'initialisation d'un dispositif à qubits de spin dans son régime de fonctionnement est un processus long et ardu. Chaque grille doit être réglée manuellement à une valeur très précise dans un vaste espace de tensions de grille, et la mesure d'un seul diagramme de stabilité peut prendre jusqu'à une journée entière. Nous présentons donc des outils pour automatiser une partie du processus de réglage et accélérer les mesures. En combinant l'analyse statistique, des techniques d'apprentissage automatique, une instrumentation haute performance et des techniques de mesure non conventionnelles, nous pouvons optimiser le processus de recherche du régime à un électron dans le diagramme de stabilité d'une boîte simple tout en réduisant la quantité de données nécessaire pour y parvenir.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Bertrand Reulet
Caractérisation de défauts localisés dans le hBN : vers une diode électroluminescente quantique (QLED)
Le hBN, un matériau de van der Waals à large bande interdite, héberge des émetteurs de photons uniques (SPE) stables dans le visible, ce qui en fait une plateforme prometteuse pour la photonique quantique [1]. Les propriétés optiques de ces émetteurs de photons uniques ont fait l'objet de plusieurs études, mais leurs propriétés électriques et optoélectroniques demeurent largement inexplorées. Ces propriétés sont étudiées ici au moyen de la cartographie de photoluminescence (PL), de la spectroscopie (de 5 K à 300 K) et de mesures de durée de vie. Les résultats préliminaires révèlent de multiples défauts luminescents fins et localisés présentant les comportements caractéristiques d'émetteurs de photons uniques. Cependant, les défauts sont très concentrés sur les flocons de hBN, ce qui génère une émission de fond intense. Des travaux supplémentaires en ingénierie des défauts, visant à réduire la densité de défauts, doivent être menés avant de passer aux mesures de corrélation temporelle et au contrôle optoélectronique, ce qui pourrait ouvrir la voie au développement d'une source de photons uniques pompée électriquement.
[1]Tran al., Nat. Nanotechnol., 11 (2016).
Doctorant, Université McGill
Directrice : Lilian Childress
Microcavité à fibre couplée à un centre coloré dans le diamant
Les centres colorés dans le diamant sont des systèmes de qubits de spin à l'état solide prometteurs pour l'information quantique grâce à leurs propriétés spin-optiques semblables à celles d'un atome. Deux candidats potentiels sont le centre azote-lacune (NV) et le centre germanium-lacune (GeV). Les mises en œuvre actuelles avec le centre NV sont limitées par son faible taux d'émission (3 %) dans sa transition cohérente et par la diffusion spectrale. Pour sa part, l'utilisation du GeV est limitée par son interaction spin-orbite, qui exige un fonctionnement à basse température. Nous présentons nos résultats actuels sur le couplage d'une microcavité ouverte à fibre (finesse mesurée F~8000) à un GeV à ~15 K, avec une durée de vie réduite de 3,28 ± 0,03 ns (6 ns) et un facteur de Purcell attendu de la raie à zéro phonon de 11 ± 4.
Étudiant à la maîtrise, Université McGill
Directeur : Kartiek Agarwal
Cicatrices et hamiltoniens fragmentés issus de circuits d'automates
Nous proposons une approche systématique pour construire des cicatrices quantiques à N corps (QMBS) approximatives à partir de circuits d'automates de Floquet à deux couches qui présentent des résurgences à N corps triviales. Pour ce faire, nous appliquons successivement davantage de restrictions qui forcent les portes locales du circuit d'automate à commuter de façon de plus en plus exacte lorsqu'elles agissent sur des états cicatrices choisis. Une fois ces règles en place, on constate qu'un hamiltonien de Floquet local effectif décrit la dynamique des automates sur une longue fenêtre préthermique, et les termes négligés peuvent servir à estimer la relaxation des résurgences. Nous fournissons des preuves numériques à l'appui de cette description et utilisons notre construction pour dériver plusieurs modèles de QMBS, dont le célèbre modèle PXP.
Michael J Gullans (Joint Center for Quantum Information and Computer Science, NIST/Université du Maryland, College Park, Maryland 20742, États-Unis). Subventions du CRSNG RGPIN-2019-06465 et DGECR-2019-00011, Fonds Tomlinson Scholar
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Alexandre Blais
Dynamique de l'ionisation du transmon
La mesure et le contrôle des qubits en électrodynamique quantique en circuit (circuit QED) reposent sur des signaux d'excitation micro-ondes, des amplitudes d'excitation plus élevées menant idéalement à des processus plus rapides. Cependant, une dégradation du temps de cohérence des qubits et de la fidélité de lecture a été observée même à des amplitudes d'excitation modérées, correspondant à quelques photons peuplant le résonateur de mesure. Nous explorons ici numériquement la dynamique d'un système transmon-résonateur excité sous des signaux de mesure intenses et presque résonants, et nous trouvons des signatures claires d'ionisation du transmon, où le qubit s'échappe de son potentiel en cosinus. À l'aide d'un modèle semi-classique, nous interprétons cette ionisation comme résultant de résonances qui se produisent à des populations de photons précises dans le résonateur. Nous constatons que les populations de photons auxquelles ces transitions parasites se produisent dépendent fortement des paramètres et qu'elles peuvent survenir à de faibles populations de photons dans le résonateur, ce qui pourrait expliquer la dégradation de la fidélité de mesure observée expérimentalement.
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Mathieu Juan
Une solution entièrement fibrée pour l'émission et la collecte de photons uniques
Les sources de lumière quantique produisant à la demande des flux de photons uniques font partie intégrante des systèmes photoniques pour des applications comme le calcul quantique optique linéaire et les communications quantiques. Jusqu'à présent, trois principales approches d'intégration hybride de sources de photons uniques (SPS) offrent la flexibilité nécessaire pour satisfaire aux exigences rigoureuses de la plupart des applications quantiques, à savoir le collage de plaquettes, l'impression par transfert et la technique de prélèvement et placement (pick-and-place). Nous proposons ici une autre voie pour fabriquer des SPS directement dans des fibres optiques. Nous présentons des résultats numériques prédisant que de telles SPS entièrement fibrées pourraient fonctionner dans le régime de couplage faible de l'électrodynamique quantique en guide d'onde tout en offrant une grande efficacité de collecte des photons. Nous avons fabriqué et caractérisé les premières fibres optiques polymères microstructurées (hMOF) dopées de façon homogène avec des boîtes quantiques colloïdales (cQD). Cependant, les mesures de comptage de photons uniques corrélées en temps n'ont révélé aucun changement significatif du taux de désintégration radiative pour cette première génération de hMOF surdopées en cQD.
Doctorante, Université de Sherbrooke
Directeur : Michel Pioro-Ladrière
Sujet à venir
Doctorant, Université d'Ottawa
Directrice : Anne Broadbent
Transfert inconscient indépendant des dispositifs à partir du modèle à stockage quantique borné et d'hypothèses calculatoires
Nous présentons un protocole indépendant des dispositifs pour le transfert inconscient (DIOT) dans le modèle à stockage quantique borné, et analysons sa sécurité. Notre protocole offre une sécurité perpétuelle et vise à être plus pratique que les protocoles DIOT précédents, puisqu'il ne nécessite pas les hypothèses de non-communication typiques des protocoles utilisant des violations d'inégalités de Bell ; l'indépendance vis-à-vis des dispositifs découle plutôt d'un protocole récent d'autotest qui repose sur une hypothèse calculatoire post-quantique.