Institut de Physique Théorique: Présentation : L'Institut de Physique Théorique (IPhT) est un Institut de la Direction de la Recherche Fondamentale (DRF) du Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA).
Modeling the interactions of superconducting qubits with their environment   
A recent result [1] from researchers at IBM Quantum and IPhT shows that, for a quantum processor based on superconducting qubit technology, it is possible to model precisely and quantitatively the dynamics and loss of quantum coherence of the qubits over time, and gives fine-grained information both on the action of the environment and on unwanted interactions between the qubits.

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Quantum computation could one day make it possible to perform certain tasks that are impossible for a classical computer. One emblematic example is the factorization of very large integers, which plays a central role in cryptography. One of the reasons why today's quantum processors are not yet capable of this is that qubits (quantum analogues of bits in classical computing) and operations on these qubits still have error rates that are too high. Qubits are not perfectly isolated, and interactions with their environment are responsible for the phenomenon of decoherence, which tends to destroy the very fragile quantum superpositions that are essential to the functioning of quantum algorithms.

In a work published in January 2024 [1] researchers from IBM Quantum and IPhT have shown that, for a quantum processor based on superconducting qubit technology, it is possible to accurately model these phenomena. The study combined the results of experiments carried out on an IBM quantum processor accessible via the cloud with numerical simulations. These simulations take into account various noise terms, but also parasitic interactions between the qubits, as well as interactions with certain electrostatic charges surrounding them. To incorporate the effects of correlations between qubits, the study used specific states called graph states, which exhibit quantum entanglement. The resulting model accurately and quantitatively describes the dynamics and loss of quantum coherence of the qubits over time, and provides detailed information on both the action of the environment and unwanted interactions between the qubits. This work opens the way to better control of these systems.

[1] L. Shirizly, G. Misguich, and H. Landa Phys. Rev. Lett. 132, 010601 (2024) https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.010601

R. Guida, dépêche du 26/02/2024

 

Modélisation des interactions de qubits supraconducteurs avec leur environnement  
Un récent résultat [1] de chercheurs d'IBM Quantum et de l'IPhT montre que, pour un processeur quantique basé sur une technologie de qubits supraconducteurs, il est possible de modéliser de façon précise précise et quantitative la dynamique et la perte de cohérence quantique des qubits au cours du temps, et donne des informations fines à la fois sur l'action de l’environnement et sur les interactions non-souhaitées entre les qubits.

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Le calcul quantique pourrait permettre un jour de réaliser certaines tâches qu'aucun ordinateur classique ne peut réaliser. L'un des exemples emblématiques est celui de la factorisation de très grands entiers, qui joue un rôle central en cryptographie. Si les processeurs quantiques actuels n'en sont pas encore capables c'est notamment parce que les qubits (analogues quantiques des bits de l'informatique classique) et les opérations sur ces qubits ont encore des taux d'erreur trop importants. Les qubits ne sont pas parfaitement isolés et les interactions avec leur environnement sont responsables du phénomène de décohérence qui tend à détruire les très fragiles superpositions quantiques qui sont indispensables au fonctionnement des algorithmes quantiques.

Dans un travail publié en janvier 2024 [1] des chercheurs d'IBM Quantum et de l'IPhT ont montré que, pour un processeur quantique basé sur une technologie de qubits supraconducteurs, il était possible de modéliser de façon précise ces phénomènes. L'étude a combiné les résultats d'expériences menées sur un processeur quantique IBM accessible via le cloud avec des simulations numériques. Ces simulations prennent en compte différents termes de bruit mais aussi des interactions parasites entre les qubits, ainsi que des interactions avec certaines charges électrostatiques qui les environnent. Pour incorporer les effets des corrélations entre les qubits, l'étude a utilisé des états spécifiques appelés graph states et présentant de l'intrication quantique.

Le modèle résultant de ce travail décrit de façon précise et quantitative la dynamique et la perte de cohérence quantique des qubits au cours du temps, et donne des informations fines à la fois sur l'action de l’environnement et sur les interactions non-souhaitées entre les qubits. Ce travail ouvre ainsi la voie à un meilleur contrôle de ces systèmes.

[1] L. Shirizly, G. Misguich, and H. Landa Phys. Rev. Lett. 132, 010601 (2024) https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.010601

R. Guida, dépêche du 26/02/2024

 

La mission LISA obtient le feu vert de l'ESA  
Le comité du programme scientifique de l'ESA vient d'adopter officiellement la mission LISA [1], donnant ainsi le feu vert à la construction des instruments et des satellites.
Vue d'artiste de LISA.  
Crédits : ESA, CC BY-SA 3.0 IGO
    

L'antenne spatiale à interféromètre laser (LISA) [2], attendue pour 2035, sera une mission spatiale de grande envergure conçue pour détecter l'un des phénomènes les plus insaisissables de l'astronomie : les ondes gravitationnelles, qui sont des oscillations de l'espace-temps qui se propagent à la vitesse de la lumière et qui, selon la théorie de la relativité générale, peuvent être générées par exemple par un système de deux trous noirs ou deux étoiles à neutrons en train de fusionner. LISA sera le premier observatoire spatial d'ondes gravitationnelles et se composera de trois satellites séparés par 2.5 millions de km dans une formation triangulaire, suivant la Terre sur son orbite autour du Soleil.

L'Institut de Physique Théorique (IPhT) a rejoint la mission LISA en 2018, lorsque certains de ces chercheurs sont devenus membres associés du consortium LISA, qui est une vaste collaboration internationale qui combine les ressources et l'expertise de scientifiques de nombreux pays du monde entier. Avec l'ESA, ses États membres et la NASA, le consortium LISA travaille à la réalisation de la mission LISA.

En tant que laboratoire de physique théorique, l'IPhT possède des expertises diverses, allant de la physique mathématique et la théorie des cordes à la physique théorique des particules et à la cosmologie. Ces dernières années, les ondes gravitationnelles sont devenues un dénominateur commun pour bon nombre de ces disciplines. Parmi les activités récentes autour des ondes gravitationnelles qui se déroulent à l'IPhT et qui jouent un rôle majeur dans la communauté scientifique internationale, citons : l'étude du problème à deux corps dans l'expansion « post-minkowskienne » en utilisant des techniques modernes d'amplitude de diffusion ; l'étude du problème à deux corps dans les extensions de la relativité générale en utilisant des techniques de théories effectives ; la dérivation de contraintes sur les modèles d'énergie sombre et de gravité modifiée à partir de la propagation des ondes gravitationnelles ; l'étude des effets quantiques au niveau de l'horizon des trous noirs. Toutes ces activités impliquent l'exploration d'aspects théoriques spécifiques pertinents pour la mission LISA, dans le but d'acquérir une compréhension plus profonde du problème à deux corps et, par conséquent, des prédictions de forme d'onde venant de la relativité générale, et/ou d'explorer une nouvelle physique fondamentale. Dans ce contexte, certains chercheurs de l'IPhT sont actifs dans les groupes de travail "Physique fondamentale" et "Cosmologie" du consortium LISA  et ont participé à la rédaction d'articles récents qui définissent l'orientation future de leurs recherches [3],[4].

[1] Annonce ESA
[2] LISA Consortium: lisamission.org
[3] Prospects for fundamental physics with LISA (2020)
[4] New horizons for fundamental physics with LISA(2022)
Communiqué du CNES
Autre annonces : CNRS ; IRFU

E. De-laborderie, dépêche du 26/01/2024

 

Célébration des 60 ans de l'IPhT

dépêche du 17/11/2023

Les premières images d’Euclid

dépêche du 10/11/2023

Décès de Henri Navelet

dépêche du 18/07/2023

Arrivée de Pierre Fleury

dépêche du 01/02/2022

The art of mathematical physics

dépêche du 01/09/2021

Mardi 27/02, 14:00-15:00
Séminaire de physique des particules et de cosmologie - Borut Bajc
Mercredi 28/02, 14:15-16:30
Séminaire de matrices, cordes et géométries aléatoires - José Calderon Infante
Vendredi 01/03, 10:00-12:30
Cours de physique théorique de Saclay - Sylvain Ribault
Lundi 04/03, 11:00
Séminaire de physique mathématique - Andreas Klumper
Lundi 04/03, 11:00
Séminaire de physique mathématique - Andreas Klumper
Mariana Graña
Why String Theory ?
19 septembre 2019
David Kosower
Precision Calculations in the Search for Unification
19 septembre 2019
Giulio Biroli
Glassy and disordered systems
19 septembre 2019
François David
Presentation of IPhT
19 septembre 2019
Marc Barthélémy
A physicist's approach to complex systems
19 septembre 2019
Henri Orland
Statistical Physics of Some Biological Systems
19 septembre 2019
Catherine Pépin
What is so facinating about supraconductivity?
19 septembre 2019

 

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