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Members
Date
May 13, 2025 10:00 AM
-
May 14, 2025 3:30 PM
Lieu de l'événement
Hôtel Château Bromont
13 mai
10 h 55 Mot d'ouverture (Salon A)
11 h Ulysse Chabaud, INRIA (Salon A)
Les descriptions effectives des systèmes bosoniques peuvent-elles être considérées comme complètes ?
12 h Dîner (Salle Knowlton)
13 h 30 Honghao Fu, Université Concordia (Salon A)
Amplification optimale de la pureté quantique
14 h 20 Pierre Botteron, Université d'Ottawa (Salon A)
Vers un chiffrement inclonable inconditionnel
14 h 40 Valentin Boettcher, Université McGill (Salon A)
Émulation de la dynamique non markovienne système-bain à l'aide de cavités à excitation paramétrique
15 h Pause-café (Salon C)
15 h 30 Jacob Biamonte, École de technologie supérieure (Salon A)
États fondamentaux hamiltoniens : un fil d'or reliant la physique et le calcul
16 h 20 Écosystème quantique (Salon A)
Valérian Giesz, Quandela - Calcul quantique photonique : de la théorie aux applications à grande échelle
Mathieu Juan, Université de Sherbrooke - Plateformes de recherche à l'Université de Sherbrooke
17 h 20 Séance d'affiches (Salon C)
19 h 30 Souper INTRIQ (Salle Knowlton)
14 mai
9 h Hlér Kristjánsson, Université de Montréal (Salon A)
Séparation exponentielle en complexité de requêtes quantiques entre l'interrupteur quantique et ses simulations par des circuits quantiques standards
9 h 50 Rachel Wortis, Université Trent (Salon A)
Relier la croissance de l'intrication aux intégrales locales du mouvement dans le modèle de Fermi-Hubbard désordonné
10 h 30 Pause-café (Salon C)
11 h Jonathan Lavoie, Xanadu (Salon A)
Mise à l'échelle et mise en réseau d'un ordinateur quantique photonique modulaire
12 h Dîner (Salle Knowlton)
13 h 30 Nicolas Delfosse, IONQ (Salon A)
Correction d'erreurs quantiques pour de longues chaînes d'ions piégés
14 h 30 Sebastian Koelling, Polytechnique Montréal (Salon A)
Puits quantiques de germanium à ingénierie isotopique pour l'intégration de qubits de spin
14 h 55 Pause-café (Salon C)
15 h 25 Alexandre Chénier, Université de Montréal (Salon A)
Dérive de Hall quantifiée dans un isolant de Chern photonique encodé en fréquence
15 h 45 Alexander McDonald, Université de Sherbrooke (Salon A)
Prédire le taux d'inversion de bit des qubits de chat dissipatifs
16 h 05 Evgeny Moiseev, Université McGill (Salon A)
Distribution quantique de clés avec de la lumière cohérente comprimée en régime de blocage photonique
16 h 25 Mot de clôture (Salon A)
Xanadu, Canada
Mise à l'échelle et mise en réseau d'un ordinateur quantique photonique modulaire
Nous présenterons Aurora, le plus récent ordinateur quantique photonique de Xanadu, qui illustre la mise à l'échelle, la modularité et la mise en réseau dans une architecture tolérante aux fautes. Nous aborderons également des percées plus récentes dans les progrès du matériel.
IONQ, États-Unis
Correction d'erreurs quantiques pour de longues chaînes d'ions piégés
Dans cette présentation, j'aborderai deux approches complémentaires de la correction d'erreurs dans les systèmes quantiques. D'abord, je décrirai un schéma de réduction du bruit à faible coût pour les circuits de Clifford. Le faible surcoût de cette approche la rend plus pratique que la correction d'erreurs quantiques standard à court terme. Je présenterai des résultats théoriques et expérimentaux illustrant le potentiel de cette technique. Ensuite, j'aborderai des schémas de correction d'erreurs adaptés aux longues chaînes d'ions piégés. Je présenterai un modèle de calcul quantique avec de longues chaînes d'ions ainsi que de nouveaux codes quantiques qui surpassent l'état de l'art pour des chaînes d'environ 50 qubits.
Fondé sur des travaux réalisés en collaboration avec Edwin Tham et Min Ye.
https://arxiv.org/abs/2407.06583
https://arxiv.org/abs/2504.13356
https://arxiv.org/abs/2503.22071
INRIA, France
Les descriptions effectives des systèmes bosoniques peuvent-elles être considérées comme complètes ?
La statistique bosonique donne lieu à des phénomènes remarquables, de l'effet Hong–Ou–Mandel à la condensation de Bose–Einstein, avec des applications allant de la science fondamentale aux technologies quantiques. La modélisation des systèmes bosoniques repose largement sur des descriptions effectives : parmi les exemples typiques, on compte la troncature de leur espace d'états de dimension infinie et la restriction de leur dynamique à une classe simple d'hamiltoniens, comme les polynômes d'opérateurs canoniques, qui servent à définir le calcul quantique sur des modes bosoniques. Cependant, de nombreux hamiltoniens bosoniques naturels n'appartiennent pas à cette classe simple, et certains effets quantiques exploités par les ordinateurs bosoniques nécessitent intrinsèquement des espaces de dimension infinie, ce qui remet en question la validité de telles descriptions effectives des systèmes bosoniques. Comment peut-on être certain que des résultats obtenus avec de telles hypothèses simplificatrices rendent compte d'effets réels ?
Motivés par l'importance croissante des systèmes bosoniques pour les technologies quantiques, nous résolvons ce problème ouvert en montrant que ces descriptions effectives rendent bel et bien compte de la physique pertinente des systèmes bosoniques. Notre contribution technique est double : premièrement, nous prouvons que toute évolution unitaire bosonique physique peut être fortement approximée par une évolution unitaire de dimension finie; deuxièmement, nous montrons que toute évolution unitaire de dimension finie peut être générée exactement par un hamiltonien bosonique qui est un polynôme d'opérateurs canoniques. Au-delà de leur portée fondamentale, nos résultats ont des implications pour les simulations classiques et quantiques des systèmes bosoniques; ils fournissent des méthodes universelles pour l'ingénierie d'états quantiques et d'hamiltoniens bosoniques, ils montrent que les hamiltoniens polynomiaux génèrent bel et bien des ensembles de portes universels pour le calcul quantique sur des modes bosoniques, et ils mènent à un théorème de Solovay–Kitaev en dimension infinie.
Travail réalisé en collaboration avec F. Arzani et R. I. Booth : arXiv:2501.13857
Stagiaire postdoctoral, Université de Sherbrooke
Directeur : Alexandre Blais
Prédire le taux d'inversion de bit des qubits de chat dissipatifs
Les qubits de chat bosoniques présentent un biais de bruit favorable : ils suppriment exponentiellement les erreurs d'inversion de bit, au prix d'une augmentation linéaire des erreurs d'inversion de phase. Les données expérimentales montrent toutefois qu'il existe des corrections non perturbatives au taux d'inversion de bit dont l'origine demeure un mystère. Dans cet exposé, nous montrerons comment une symétrie cachée de ces systèmes peut être utilisée pour calculer analytiquement le taux d'inversion de bit. Notre approche non perturbative fournit un cadre plus précis pour comprendre et estimer la dynamique des erreurs des qubits de chat dans le régime des grands états de chat.
Doctorant, Université de Montréal
Directeur : Philippe St-Jean
Dérive de Hall quantifiée dans un isolant de Chern photonique encodé en fréquence
Les isolants de Chern sont des phases topologiques de la matière dont la symétrie par renversement du temps est brisée. Malgré leur intérêt technologique, ces phases se sont avérées très difficiles à réaliser dans des systèmes photoniques, notamment en raison de la réponse magnéto-optique typiquement faible de la matière aux fréquences optiques ou proches de l'infrarouge. Dans cette présentation, je décrirai un travail expérimental dans lequel nous réalisons un isolant de Chern photonique, inspiré du modèle de Haldane, en exploitant la dimension synthétique de fréquence d'une plateforme de boucle de fibre optique modulée dans le temps. Grâce à la remarquable accordabilité et à la nature excitée-dissipative de notre système, nous démontrons une caractérisation approfondie de la topologie des bandes qui en résultent. Celle-ci comprend des mesures de la structure de bandes dans toutes les régions du diagramme de phases topologique, l'extraction de la courbure de Berry sur toute la zone de Brillouin et du nombre de Chern associé à chaque bande, ainsi que l'observation d'un analogue photonique de la conductivité de Hall transverse quantifiée. Nos travaux ouvrent la voie à l'ingénierie d'écoulements de lumière immunisés contre la rétrodiffusion dans des systèmes photoniques multiplexés en fréquence.
Stagiaire postdoctoral, Université McGill
Directeur : Kai Wang
Distribution quantique de clés avec de la lumière cohérente comprimée en régime de blocage photonique
Nous proposons d'utiliser un état cohérent comprimé particulier pour la distribution quantique de clés (QKD), dans lequel l'interférence entre la compression et le déplacement supprime complètement la composante à deux photons. Nous montrons, avec ces états, une augmentation d'un ordre de grandeur du taux de génération de clés dans les protocoles QKD de type « préparer et mesurer » et à champs jumeaux (twin-field), par rapport à l'utilisation d'un état cohérent.
Professeur, Université Concordia
Amplification optimale de la pureté quantique
L'amplification de la pureté quantique (QPA) offre une nouvelle approche pour contrer le bruit omniprésent qui dégrade les états quantiques. Nous présentons le protocole QPA optimal pour des systèmes quantiques généraux face au bruit dépolarisant global, qui était demeuré inconnu depuis deux décennies. Nous construisons notre protocole et en démontrons l'optimalité; il présente une meilleure loi d'échelle de la fidélité que les meilleures méthodes connues. Nous explorons l'interprétation opérationnelle du protocole et donnons des exemples simples de sa compilation en circuits efficaces pour des expériences à court terme. De plus, nous réalisons des simulations numériques afin d'étudier l'efficacité de notre protocole dans la simulation quantique de l'évolution hamiltonienne, démontrant sa capacité à améliorer la fidélité même en présence de bruit au niveau des circuits. Nos résultats suggèrent que la QPA pourrait améliorer la performance des tâches de traitement de l'information quantique. Fondé sur : https://arxiv.org/abs/2409.18167.
Professeur, Université de Montréal
Séparation exponentielle en complexité de requêtes quantiques entre l'interrupteur quantique et ses simulations par des circuits quantiques standards
La théorie quantique est compatible avec un modèle de calcul permettant d'appliquer des opérations de type boîte noire dans un ordre causal indéfini, au-delà du modèle de calcul standard par circuits. Il a été démontré que l'interrupteur quantique (quantum switch) -- l'exemple le plus simple de ce genre -- procure de nombreux avantages pour le traitement de l'information. Ici, nous prouvons que l'action de l'interrupteur quantique sur deux canaux quantiques à n qubits ne peut être simulée de manière déterministe et exacte par aucun circuit quantique causalement ordonné qui utilise M appels à un canal et un appel à l'autre, si M ≤ max(2,2n−1). Cela démontre une séparation exponentielle en complexité de requêtes quantiques entre l'ordre causal indéfini et les circuits quantiques standards.
Professeur, École de technologie supérieure
États fondamentaux hamiltoniens : un fil d'or reliant la physique et le calcul
Les états fondamentaux des hamiltoniens constituent à la fois un cadre théorique fondamental et une ressource pratique en calcul quantique. Le calcul quantique variationnel exploite la minimisation effective d'un hamiltonien en raffinant itérativement les paramètres d'un circuit quantique au moyen de boucles de rétroaction quantique-classique. Par ailleurs, certains modèles de calcul mettent directement en œuvre des hamiltoniens physiques, exploitant comme mécanisme de calcul des processus physiques naturels qui minimisent l'énergie libre.
Dans cet exposé, je présenterai nos premières avancées établissant l'universalité computationnelle de modèles simplifiés d'états fondamentaux, qui ont abouti à des propositions visant à intégrer des applications, notamment des problèmes de structure électronique, directement dans ces hamiltoniens. Plus récemment, nos recherches ont mis au jour des limites des approches variationnelles itératives. Plus précisément, nous avons démontré que des caractéristiques structurelles intrinsèques de certaines instances de problèmes entraînent une sous-paramétrisation, ce qui fait échouer l'optimisation quantique approximative et remet ainsi en question la généralisabilité de résultats antérieurs. De plus, nous avons identifié et caractérisé des « effets d'avalanche » dans l'entraînement des circuits quantiques, fournissant les premiers contre-exemples explicites à la conjecture largement répandue de l'entraînabilité par morceaux. Malgré ces défis, nos résultats tournés vers l'avenir dessinent une trajectoire optimiste. Nous avons introduit les premières conditions suffisantes, appelées « concentrations de paramètres », garantissant que les paramètres optimisés des circuits deviennent indépendants des instances particulières des problèmes. De plus, nous avons prouvé qu'en théorie, l'approche variationnelle constitue un modèle universel de calcul quantique.
Professeur, Université de Sherbrooke
Plateformes de recherche à l'Université de Sherbrooke
Doctorant, Université d'Ottawa
Directrice : Anne Broadbent
Vers un chiffrement inclonable inconditionnel
Le chiffrement inclonable est une primitive cryptographique qui chiffre un message classique en un cryptogramme quantique, de sorte que deux adversaires quantiques sont limités dans leur capacité à le déchiffrer simultanément, étant donné la clé et l'information quantique auxiliaire produite à partir du cryptogramme. Depuis sa proposition initiale et son schéma dans le modèle de l'oracle aléatoire par Broadbent et Lord [TQC 2020], le chiffrement inclonable est devenu une primitive importante au fondement de l'inclonabilité quantique des primitives cryptographiques. Malgré des efforts soutenus, la question du chiffrement inclonable inconditionnel (et en particulier du cas le plus simple, appelé bit inclonable) est toutefois demeurée sans réponse. Ici, nous proposons un candidat pour le problème du bit inclonable inconditionnel et fournissons des indices solides que la probabilité de succès de l'adversaire dans le jeu de sécurité associé converge quadratiquement vers 1/2+1/(2sqrt(K)), où K représente le nombre de clés et où 1/2 est trivialement atteignable. Nous prouvons la validité de cette borne pour K allant de 2 à 7 et démontrons sa validité jusqu'à K=17 à l'aide de calculs fondés sur la hiérarchie NPA. Nous fournissons en outre des indices heuristiques convaincants en faveur du cas général. De plus, nous prouvons une borne supérieure asymptotique de 5/8 et donnons une borne supérieure numérique de ∼0,5980, ce qui, à notre connaissance, constitue la meilleure valeur connue dans le modèle inconditionnel.
Doctorant, Université McGill
Directeur : Bill Coish
Émulation de la dynamique non markovienne système-bain à l'aide de cavités à excitation paramétrique
Nous proposons et analysons une méthode simple pour réaliser un bain bosonique dont la densité spectrale est hautement ajustable, à l'aide d'une seule cavité à excitation paramétrique. En mettant en œuvre un modèle unidimensionnel de saut à longue portée dans la cavité, on peut réaliser des relations de dispersion hautement contrôlables. Une seule cavité devient ainsi un élément modulaire qui émule un environnement ayant une densité spectrale quasi arbitraire. La densité spectrale est déterminée uniquement par la forme du signal d'excitation paramétrique et peut être modifiée sans changer le montage physique. Sa simplicité et sa modularité rendent cette approche adaptée à des applications en simulation quantique ou en ingénierie de bains. De plus, comme le bain est réalisé dans une seule cavité, il demeure observable plutôt que d'être une boîte noire. Nous fournissons une borne sur la précision de la simulation des observables d'un système ouvert en fonction de la fréquence d'excitation maximale et des pertes dans la cavité, en mettant l'accent sur le cas des densités spectrales en loi de puissance \(J(\omega)\propto \omega^{s}\) avec \(0\leq s\). Enfin, nous proposons une réalisation concrète utilisant de la lumière classique dans des boucles de fibre modulées pour réaliser un modèle de Wigner-Weisskopf présentant une décroissance conditionnelle.
Professeure, Université Trent
Relier la croissance de l'intrication aux intégrales locales du mouvement dans le modèle de Fermi-Hubbard désordonné
De manière générique, un système quantique initialisé dans un état non intriqué devient rapidement intriqué sous une dynamique unitaire, un processus étroitement lié au transport de l'information et à la thermalisation. Le désordre peut freiner la croissance de l'intrication et conduire à une mémoire des conditions initiales. Dans les systèmes sans interactions, ce phénomène découle de la localisation des états à une particule, dont l'occupation est fixée par la condition initiale. Dans les systèmes en interaction, des quantités conservées semblables persistent, mais avec la particularité supplémentaire d'être couplées, ce qui donne lieu à une croissance de l'intrication distincte à la fois de celle des systèmes localisés sans interactions et de celle des systèmes ergodiques génériques. Le modèle de Fermi-Hubbard comporte deux degrés de liberté par site — la charge et le spin — et le désordre peut être présent dans chacun d'eux, avec des intensités identiques ou différentes. Nous étudions ce système en développant l'hamiltonien en fonction d'un ensemble de quantités conservées localisées de manière optimale, ayant des caractères de charge et de spin distincts. Cet exposé examinera la distribution des couplages entre les quantités conservées et leur lien avec la croissance de l'intrication. Nous constatons un couplage beaucoup plus faible entre la charge et le spin que les couplages charge-charge et spin-spin.
Associé de recherche, Polytechnique Montréal
Puits quantiques de germanium à ingénierie isotopique pour l'intégration de qubits de spin
Les qubits de spin dans les semiconducteurs constituent une voie prometteuse pour la fabrication de qubits évolutifs et de processeurs quantiques entièrement intégrés. Ces qubits peuvent être fabriqués à l'aide des procédés de fabrication et des infrastructures qui ont permis, au cours des dernières décennies, de faire passer les circuits numériques à des milliards de dispositifs intégrés. Par conséquent, cette approche facilite à la fois la mise à l'échelle jusqu'à des milliards de qubits et l'intégration directe de l'électronique quantique et numérique pour le calcul hybride classique-quantique sur une seule puce.
Malheureusement, tous les semiconducteurs d'intérêt industriel contiennent des noyaux atomiques porteurs de spin. Les ordinateurs quantiques à qubits de spin utilisent le spin des porteurs de charge, comme les électrons et les trous dans les semiconducteurs, pour effectuer des calculs et reposent donc sur le contrôle précis de ce spin. Les interactions aléatoires entre le spin formant le qubit et le bain de spins nucléaires du matériau hôte nuisent au fonctionnement du qubit, d'où la nécessité de semiconducteurs à ingénierie isotopique exempts de spins nucléaires.
La fabrication de matériaux semiconducteurs exempts de spins nucléaires pose des défis pour la croissance épitaxiale des matériaux concernés, la production de précurseurs adaptés au procédé de croissance et la métrologie des matériaux obtenus.
Dans cet exposé, nous montrerons comment nous avons relevé ces défis et mis au point la croissance épitaxiale, à l'échelle de la plaquette, d'un puits quantique (QW) cristallin, sans défauts, isotopiquement purifié et appauvri en spins nucléaires de 70Ge, contraint par des barrières appauvries en spins nucléaires de 28Si70Ge, sur des plaquettes de silicium standards. Nous présenterons le développement des procédés de croissance épitaxiale et mettrons en lumière la métrologie qui nous permet de quantifier la distribution des isotopes dans nos matériaux.
Chef de l'exploitation et cofondateur, Quandela
Calcul quantique photonique : de la théorie aux applications à grande échelle
Feuille de route technologique et avancées récentes de Quandela
Le calcul quantique photonique offre des avantages uniques pour la construction de systèmes quantiques évolutifs et tolérants aux fautes. Dans cette présentation, nous présenterons l'approche complète (full-stack) de Quandela, des sources de photons uniques et des portes quantiques de pointe jusqu'aux processeurs quantiques photoniques accessibles par infonuagique.
Nous mettrons en lumière les avantages propres aux plateformes photoniques sur le plan de la stabilité, de l'évolutivité et de l'intégration hybride avec les infrastructures classiques de calcul haute performance.
Nous présenterons également la feuille de route technologique de Quandela, y compris le déploiement de notre premier processeur quantique photonique opérationnel à Sherbrooke (Québec), intégré à une plateforme hybride HPC-quantique unique.
Une attention particulière sera accordée aux avancées récentes en apprentissage automatique quantique (QML) et aux cas d'usage industriels explorés avec des partenaires clés des milieux universitaire et privé.
Cette intervention vise à démontrer comment les technologies quantiques photoniques peuvent concrètement soutenir l'émergence d'applications hybrides et contribuer à l'écosystème canadien et international de l'innovation quantique.
Doctorant, Polytechnique Montréal
Directeur : Nicolas Quesada
Télécorrection entièrement optique adaptative des codes de chat d'ordre supérieur
Nous proposons un schéma de télécorrection entièrement optique qui se généralise aux codes de chat tolérants aux pertes de plusieurs photons, et qui corrige explicitement les erreurs causées par les mesures de Pauli faibles inhérentes à ce type de schémas. Nous pouvons ainsi réduire les taux d'erreur et la fréquence de correction nécessaire par rapport aux travaux antérieurs, qui se limitaient à corriger les pertes d'un seul photon. Pour notre schéma, nous déterminons les bornes inférieure et supérieure d'une télécorrection réussie de notre qubit pour un ensemble donné de paramètres, et nous estimons l'accumulation des erreurs non corrigibles restantes dues aux pertes. Notre approche traite des erreurs qui étaient non corrigibles dans les propositions antérieures de codes de chat entièrement optiques, et expose les limites et les exigences pour rendre une telle approche réalisable sur le plan technologique.
Stagiaire postdoctorale, Université de Sherbrooke
Directeur : Stefanos Kourtis
Titre à venir
Stagiaire postdoctorale, Université de Montréal
Directeur : Philippe St-Jean
Titre à venir
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Max Hofheinz
Photonique Josephson directionnelle
Stagiaire postdoctoral, Université McGill
Directeur : Kai Wang
Distribution quantique de clés avec de la lumière cohérente comprimée en régime de blocage photonique
Nous proposons d'utiliser un état cohérent comprimé particulier pour la distribution quantique de clés (QKD), dans lequel l'interférence entre la compression et le déplacement supprime complètement la composante à deux photons. Nous montrons, avec ces états, une augmentation d'un ordre de grandeur du taux de génération de clés dans les protocoles QKD de type « préparer et mesurer » et à champs jumeaux (twin-field), par rapport à l'utilisation d'un état cohérent.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Max Hofheinz
Titre à venir
Doctorant, Polytechnique Montréal
Directeur : Oussama Moutanabbir
Conceptions de SPAD en GeSn sur Si fonctionnant à 2 μm et au-delà
Ce poster présentera deux nouvelles conceptions de SPADs GeSn sur silicium à structure horizontale, mettant en avant des approches architecturales alternatives. Il détaillera les principales considérations de conception nécessaires à l'optimisation des performances et à la fiabilité de fonctionnement, tout en décrivant la méthodologie utilisée pour démontrer ces structures. Ensuite, les défis actuels des technologies SPAD, notamment leurs limites dans le moyen infrarouge, seront abordés et des explications sur la manière dont le GeSn émerge comme un matériau prometteur pour répondre à ces problématiques seront expliquées. L'ouvrage se conclura par des perspectives sur les axes de recherche ouverts et les avancées potentielles que pourraient apporter des SPADs personnalisables et ajustables fonctionnant sur l'ensemble du spectre moyen infrarouge.
Doctorante, Université de Sherbrooke
Directeur : Bertrand Reulet
Mode de Higgs d'amplitude dans des nanofils supraconducteurs de Ti
Le mode de Higgs-Anderson dans les supraconducteurs est réputé difficile à observer en raison de son faible couplage au champ électromagnétique. Une théorie récente [1] a prédit une forte augmentation de ce couplage en présence d'un supercourant continu (DC), ce qui devrait se traduire par une anomalie de la conductivité complexe à des fréquences de l'ordre du double du gap supraconducteur Δ. Ce phénomène a été confirmé expérimentalement dans des films macroscopiques de NbN exposés à un rayonnement THz à une température de 5 K [2].
Afin de mieux contrôler les propriétés du mode de Higgs et de les étudier plus en profondeur, il serait très utile de pouvoir travailler à des fréquences beaucoup plus basses, donc à des températures beaucoup plus basses. Notre expérience vise à franchir une telle étape vers la détection et la manipulation du mode de Higgs dans un circuit micro-ondes.
Nous avons étudié des échantillons de titane pour lesquels 2Δ est de l'ordre de 10 à 30 GHz et peut être ajusté par l'épaisseur de l'échantillon et la température. Nous avons mis en place un montage cryogénique calibré de réflectance micro-ondes, avec lequel nous avons mesuré l'impédance complexe en fonction de la fréquence et de la température de fils supraconducteurs de diverses dimensions. En l'absence de courant continu, nous comparons nos résultats à la théorie BCS à l'équilibre. L'ajout d'un courant entraîne l'apparition d'une anomalie à la fréquence 2Δ sur les parties réelle et imaginaire de l'impédance complexe. Cette caractéristique se comporte comme prédit dans [1], mais elle est beaucoup plus large en fréquence.
[1] A. Moor, A. F. Volkov, and K. B. Efetov, Phys. Rev. Lett. 118, 047001 (2017)
[2] S. Nakamura, Y. Iida, Y. Murotani, R. Matsunaga, H. Terai, and R. Shimano, Phys. Rev.Lett. 122, 257001 (2019)
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Baptiste Royer
Correction d'erreurs quantiques par téléportation d'états de Gottesman-Kitaev-Preskill multimodes
Pour atteindre le calcul quantique tolérant aux fautes, nous devons recourir à des schémas de correction d'erreurs quantiques (QEC) conçus pour protéger l'information physique de la décohérence [1]. L'encodage multimode de Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) est une façon astucieuse d'encoder un seul qubit logique dans de nombreux oscillateurs physiques [2]. Ce type d'encodage ajoute de la redondance à notre système en exploitant l'espace de Hilbert infiniment grand de nombreux oscillateurs harmoniques quantiques. Les protocoles usuels de correction des états GKP multimodes reposent sur des circuits de correction de type Steane, constitués d'opérations quadrature-quadrature [3]. Cependant, 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 considérablement la durée de vie logique de notre état [4]. Dans ce travail, nous proposons une méthode de téléportation de qubit en variables continues, composée uniquement de transformations gaussiennes passives [5]. Grâce à ce circuit, nous pouvons corriger efficacement notre état GKP multimode tout en préservant son enveloppe, 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)
Doctorante, Université de Sherbrooke
Directeur : Alexandre Blais
Titre à venir
Stagiaire postdoctoral, Université McGill
Directeur : Kai Wang
Effets topologiques induits par la biréfringence en photonique quantique inscrite au laser
Nous observons expérimentalement des effets d'origine topologique imposés à des états quantiques de la lumière dans des réseaux de guides d'ondes inscrits au laser. En particulier, nous démontrons que la biréfringence des guides d'ondes est un outil puissant pour le développement de circuits photoniques quantiques dotés d'une protection topologique intégrée. Nous obtenons une interférence quantique invariante lors de la propagation ainsi qu'une conversion de l'intrication de la polarisation vers le moment angulaire orbital, des effets rendus possibles et protégés par une biréfringence sur mesure. Nos résultats pourraient ouvrir la voie à des circuits quantiques photoniques et à un calcul quantique évolutif protégés et rendus possibles grâce à une nouvelle génération de dispositifs photoniques topologiques.
Doctorant, Polytechnique Montréal
Directeur : Oussama Moutanabbir
Titre à venir
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Baptiste Royer
Estimation d'hamiltoniens améliorée par apprentissage par renforcement
Nous utilisons des techniques d'apprentissage par renforcement afin de déterminer comment interagir avec un système de manière pertinente pour accroître la connaissance des paramètres de son hamiltonien.
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Baptiste Royer
Contrôle à trois niveaux pour des opérations tolérantes aux fautes sur le code GKP
Les cavités supraconductrices 3D à facteur de qualité élevé se sont révélées prometteuses comme forme de stockage de l'information quantique et comme support pour la mise en œuvre de codes bosoniques. L'état de la cavité est contrôlé au moyen d'un transmon couplé dispersivement à la cavité. Les erreurs sur le transmon peuvent affecter la cavité, ce qui limite la fidélité des codes bosoniques. Pour protéger la cavité, une solution consiste à utiliser le schéma de contrôle à trois niveaux sur les états g, e et f du transmon. Nous proposons d'améliorer ce schéma de contrôle en couplant un élément dissipatif au transmon et en l'utilisant pour induire une dissipation de l'état e du transmon vers l'état f, au moyen d'une excitation et de la perte de photons dans l'élément dissipatif.
Stagiaire postdoctoral, Polytechnique Montréal
Directeur : Oussama Moutanabbir
Croissance par RPCVD d'hétérostructures 70Ge/28Si70Ge exemptes de spins nucléaires sur des substrats SiGe industriels
Les qubits de spin fondés sur des hétérostructures de germanium (Ge) sont des candidats prometteurs pour des processeurs quantiques compatibles CMOS dotés de longs temps de cohérence. Cela s'explique en partie par les avantages des spins de trous dans le Ge, comme leur forte interaction spin-orbite et leur couplage hyperfin réduit avec les spins nucléaires. La cohérence et le fonctionnement des qubits de spin de trous dans les hétérostructures planaires Ge/SiGe sont tous deux très sensibles au bain de spins nucléaires. Il est donc essentiel de développer des matériaux appauvris en spins nucléaires pour améliorer la performance de ces qubits. À cette fin, il importe d'éliminer les isotopes porteurs de spin nucléaire 29Si et 73Ge des hétérostructures épitaxiales Ge/SiGe.
Notre groupe a récemment démontré des hétérostructures à puits quantique (QW) de 70Ge hautement cristallines, sans défauts, isotopiquement purifiées (>99,9 % at. de 70Ge) et appauvries en spins nucléaires, obtenues par CVD à pression réduite à l'aide de précurseurs purifiés (>99,9 % at. de 70GeH4 et >99,99 % at. de 28SiH4) sur des tampons SiGe à gradient inversé crûs in situ. Toutefois, l'utilisation intensive de précurseurs purifiés coûteux tout au long de la croissance demeurait un problème. Nous démontrons ici la recroissance d'hétérostructures à QW de 70Ge sur des substrats SiGe industriels facilement disponibles, ce qui réduit considérablement la consommation de précurseurs purifiés.
Doctorant, Université McGill
Directrice : Tami Pereg-Barnea
Titre à venir
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Mathieu Juan
Résonateurs accordables en flux pour la magnonique en cavité
Les circuits supraconducteurs peuvent servir à diverses applications en technologies quantiques, lesquelles dictent le comportement souhaité sous un champ magnétique appliqué. Pour le calcul et les communications, la résilience au champ est très recherchée, puisque le flux parasite ne doit pas nuire au fonctionnement des dispositifs. C'est l'inverse pour la détection, où la décohérence induite par le flux est précisément le mécanisme qui permet d'atteindre des sensibilités améliorées par effets quantiques. Ces deux exigences de sensibilité et de résilience entrent directement en conflit lorsque l'objectif est l'interaction cohérente avec les magnons, les quanta des excitations collectives de spin. Une réponse plus forte aux champs externes permet un couplage plus important, mais elle ne peut être si grande que la durée de vie des photons limite le fonctionnement du dispositif. Comprendre le paysage des résonateurs accordables en flux est essentiel pour explorer les interactions hors résonance avec les magnons.
Doctorant, Université McGill
Directeur : Hong Guo
Modélisation atomistique ab initio d'un qubit de spin à donneur unique
L'utilisation d'un atome d'impureté dans le silicium cristallin comme qubit de spin 1/2 est récemment devenue possible expérimentalement, l'atome d'impureté jouant le rôle d'une boîte quantique (QD). Le transport quantique vers une telle QD à donneur et à partir de celle-ci se fait en régime d'effet tunnel séquentiel, où une grandeur physique importante est l'énergie de charge (d'addition), qui mesure l'énergie nécessaire pour ajouter un électron dans la QD à donneur. Dans ce travail, nous présentons une méthode ab initio permettant de prédire quantitativement l'énergie d'addition d'une QD à donneur. À l'aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), nous déterminons les états d'impureté qui servent de base pour le calcul subséquent, par diagonalisation exacte, des états et énergies à N corps de la QD à donneur. En raison du grand rayon de Bohr effectif des électrons de conduction dans le Si, il faut utiliser de très grandes supercellules contenant plus de 10 000 atomes pour obtenir des résultats précis. Pour la QD à donneur d'une impureté de phosphore dans le Si massif, la combinaison de la DFT et de la diagonalisation exacte prédit une première énergie d'addition de 53 meV, en bon accord avec la valeur expérimentale correspondante. Pour la QD à donneur d'une impureté d'arsenic dans le Si, la première énergie d'addition prédite est de 44,2 meV. Les fonctions d'onde à N corps calculées offrent une image électronique saisissante de la QD à donneur.
Étudiant à la maîtrise, Polytechnique Montréal
Directeur : Nicolas Quesada
Moments et cumulants du nombre de photons des états gaussiens
Nous obtenons des expressions analytiques pour les moments et les cumulants des états gaussiens mesurés dans la base du nombre de photons. Nous exprimons les moments du nombre de photons d'un état gaussien à l'aide de l'hafnien à boucles (loop Hafnian), une fonction qui, appliquée à une matrice (0, 1) représentant l'adjacence d'un graphe, compte le nombre de ses couplages parfaits. De même, nous exprimons les cumulants du nombre de photons à l'aide du Montrealer, une fonction matricielle nouvellement introduite qui, appliquée à une matrice (0, 1), compte le nombre de cycles hamiltoniens de ce graphe. À partir de ces liens avec la théorie des graphes, nous montrons que le calcul des moments et des cumulants du nombre de photons est #P-difficile. De plus, nous proposons un algorithme en temps exponentiel pour calculer les Montrealers (et donc les cumulants), à l'image des résultats bien connus pour les hafniens. Nous démontrons ensuite que lorsqu'un interféromètre à pertes uniformes est alimenté à chaque entrée par des états gaussiens monomodes identiques à déplacement nul, tous les cumulants d'ordre impair, sauf le premier, sont nuls. Enfin, nous utilisons les expressions obtenues pour étudier la distribution des cumulants jusqu'au quatrième ordre pour différents états d'entrée dans un dispositif d'échantillonnage de bosons gaussien où K états identiques sont injectés dans un interféromètre à ℓ modes. Nous analysons la dépendance des cumulants en fonction du type d'état d'entrée — comprimé, comprimé avec pertes, « écrasé » (squashed) ou thermique — et en fonction du nombre d'entrées non vides. Nous constatons que les états thermiques sont beaucoup moins performants que d'autres états classiques, comme les états écrasés, pour imiter les cumulants du nombre de photons des états comprimés avec ou sans pertes.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Max Hofheinz
Systèmes à deux niveaux dans les résonateurs supraconducteurs en NbN
Les résonateurs micro-ondes supraconducteurs à facteur de qualité élevé sont essentiels au calcul quantique à base de supraconducteurs et à d'autres dispositifs quantiques supraconducteurs. Dans le régime de faible puissance, les pertes induites par la présence de systèmes à deux niveaux (TLS) sont les plus importantes. Cette étude vise à mieux comprendre les effets des TLS dans les résonateurs supraconducteurs à guide d'ondes coplanaire en combinant des simulations électromagnétiques et des mesures cryogéniques.
Doctorant, Université McGill
Directeur : Hong Guo
Sur le solveur d'impuretés à états quantiques neuronaux pour les problèmes d'intégration quantique
Les méthodes d'intégration quantique (quantum embedding), qui résolvent les difficiles problèmes à N corps au moyen de l'hamiltonien d'impureté intégré, constituent une approche prometteuse pour l'étude des systèmes de matériaux fortement corrélés. Malgré les défis de mise à l'échelle des solveurs d'impuretés, elles ont été appliquées avec succès à l'étude de divers systèmes fortement corrélés. Récemment, les états quantiques à réseau de neurones (NQS) ont démontré une évolutivité et une flexibilité favorables dans le traitement de l'hamiltonien en seconde quantification; ils constituent donc une solution prometteuse comme solveur dans le cadre de l'intégration quantique. Dans ce travail, nous proposons un NQS fondé sur un transformeur de graphes pour représenter des orbitales d'impureté connectées de manière arbitraire. Un système de contrôle systématique des erreurs est conçu pour stabiliser les mises à jour itératives du solveur NQS dans les boucles d'intégration quantique. Nous avons résolu avec succès un système test simple en obtenant des propriétés électroniques précises, et nous démontrons la généralisation de cette métrique de contrôle à des systèmes de tailles variables. Nous observons également des difficultés dans le calcul des observables physiques, qui pourraient nécessiter une attention accrue à l'observation des propriétés physiques et des travaux supplémentaires.