La révolution des sciences et technologies de l’information au XXe siècle n’a exploité qu’une infime partie des concepts introduits par la mécanique quantique. Depuis deux décennies, une seconde révolution technologique se prépare, basée sur des concepts subtils et fragiles tels que l’intrication et la superposition quantique. La capacité de manipuler des systèmes quantiques dits « élémentaires » est au cœur de ces développements ouvrant la voie à des applications variées : ordinateurs capables de surpasser les supercalculateurs actuels, réseaux de communication sécurisés par les lois quantiques, ou encore capteurs mesurant gravité et champs magnétiques avec une précision inédite.
Bien que de nombreux systèmes soient explorés (atomes, ions, boîtes quantiques, circuits supraconducteurs, défauts colorés…), une compréhension solide de ces avancées peut s’acquérir à partir de systèmes modèles simples : le spin unique et le photon, permettant de décrire les qubits dits respectivement « stationnaires » et « volants ». Nous aborderons également les phénomènes au cœur de la décohérence, notion qui décrit la fragilité des états quantiques produits et qui représente le défi majeur commun à tous ces développements technologiques. Nous illustrerons ainsi la diversité des systèmes physiques explorés et leurs spécificités.
Nous présenterons ensuite quelques développements technologiques représentatifs de cette seconde révolution : les sources de photons uniques et intriqués, les premiers prototypes de calculateurs quantiques à l’aide de photons, d’ions ou d’atomes. Nous aborderons également la place des vibrations dans les technologies quantiques, parfois sources de décohérence, mais également au cœur de nouvelles technologies de capteurs. Nous nous intéresserons enfin aux interfaces quantiques et aux mémoires quantiques, qui font le lien entre qubits stationnaires et volants, composants clés de multiples applications. Le programme de séminaires viendra illustrer et élargir les notions en présentant les avancées les plus récentes du domaine.