11 Janvier 2019  |  Recherche
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 11/2018

Un projet phare européen sur les technologies quantiques

Établir un leadership européen dans le domaine des capteurs quantiques, telle est l’ambition de macQsimal, un projet sélectionné par la Commission européenne pour son initiative «FET Flagship on Quantum Technologies». Coordonné par le CSEM, ce projet réunit quatorze partenaires industriels et académiques, dont les universités de Bâle et de Neuchâtel.

Le projet de recherche macQsimal, décroché dans le cadre de l’initiative européenne «FET Flagship on Quantum Technologies» – initiative s’apparentant à celle qui a donné naissance au «Human Brain Project» –, a pour objectif de tirer parti des effets quantiques pour offrir de nouvelles opportunités économiques grâce à des capteurs d’une sensibilité et d’une précision sans précédent.
 
Aujourd’hui, grâce à la possibilité de manipuler les propriétés quantiques fondamentales des systèmes et des matériaux, un nouveau tournant technologique majeur se profile. (© enisa)
 
 
Mener la deuxième révolution quantique
La première révolution quantique a donné naissance à des technologies cruciales, telles que les transistors et les lasers. Sans ces derniers, les ordinateurs, les téléphones mobiles et l’Internet n’auraient jamais vu le jour. Aujourd’hui, grâce à la possibilité de manipuler les propriétés quantiques fondamentales des systèmes et des matériaux, un nouveau tournant technologique majeur se profile. Une course mondiale est lancée pour maîtriser cette nouvelle technologie et réaliser des progrès décisifs dans des secteurs comme la santé, la sécurité, les transports, l’énergie ou les sciences environnementales.
 
L’initiative «FET Flagship on Quantum Technologies»
À l’instar du «Human Brain Project», dotée d’un milliard d’euros pour une durée de 10 ans, l’initiative «FET Flagship on Quantum Technologies» de la Commission européenne vise à positionner le continent à l’avant-garde de ce mouvement. Elle a pour objectif de soutenir des projets qui permettront de libérer tout le potentiel de la technologie quantique, mais aussi d’en assurer la valorisation dans l’économie. Lancée en 2018, elle est l’une des initiatives de recherche les plus importantes et les plus ambitieuses de l’Union européenne. Ce projet phare rassemble des institutions de recherche, des universités, des entreprises et des pouvoirs publics dans une initiative conjointe et collaborative d’une ampleur sans précédent.
L’objectif principal est de consolider et d’étendre le leadership et l’excellence scientifiques européens dans ce domaine des sciences et technologies quantiques, tout en assurant le transfert des résultats de la recherche vers des applications commerciales. Impliquant plus de 5000 chercheurs issus du monde universitaire et industriel, cette initiative vise à créer la prochaine génération de technologies de rupture qui auront un impact sur la société européenne, ainsi qu’à positionner l’Europe en leader mondial du savoir industriel et technologique dans ce domaine.
https://qt.eu/

Développement de cellules MEMS à vapeur atomique dans les salles blanches du CSEM.
 
 
Amener les performances des capteurs aux frontières du possible
Les capteurs quantiques sont appelés à figurer au cœur de cette nouvelle ère. Promettant d’augmenter considérablement les performances des appareils électroniques grand public, des dispositifs médicaux ou d’objets connectés, ils pourraient aussi offrir des opportunités totalement nouvelles, encore insoupçonnables. Le projet européen macQsimal va chercher à exploiter le potentiel des cellules à vapeur atomique, afin de fournir au grand public une nouvelle génération de capteurs ultra efficaces.
 
Le projet macQsimal
L’objectif du projet macQsimal (Miniature Atomic Vapor-Cell Quantum Devices for Sensing and Metrology Applications), lancé en octobre 2018, est de mettre au point des capteurs quantiques et de créer une industrie européenne performante dans ce domaine. Ces capteurs seront développés dans cinq domaines d’application: des magnétomètres miniaturisés à pompage optique, des horloges atomiques miniatures, des gyroscopes atomiques compacts, des capteurs de champs magnétiques et électriques GHz et THz, ainsi que des capteurs de gaz. Ces applications ont été sélectionnées parce qu’elles présentent un fort potentiel pour une valorisation industrielle et commerciale en Europe dans les 5 à 10 ans à venir.
 
Un consortium de quatorze partenaires
Dans ce contexte, un consortium de quatorze partenaires, représentant l’ensemble de la chaîne de valeur, de la science fondamentale au déploiement industriel, a été formé. Il sera coordonné par le Centre suisse d’électronique et de microtechnique (CSEM) situé à Neuchâtel. Le consortium macQsimal est composé de:
  • deux organisations de recherche et de technologie: VTT Ltd et CSEM SA (coordonnateur du projet);
  • trois partenaires industriels: Robert Bosch GmbH, Orolia Switzerland SA et Elekta Oy (Megin);
  • huit partenaires académiques: Institut des sciences photoniques (ICFO), Université de Copenhague (Niels Bohr Institute), Centre national de la recherche scientifique (CNRS – Laboratoire Kastler Brossel), Université Aalto, Université de Bâle, Université de Durham, Université de Stuttgart et Université de Neuchâtel.
  • La société accelopment AG est chargée de la gestion du projet, ainsi que de la diffusion et de l’exploitation des résultats du projet.
 
Le projet macQsimal fait partie du programme européen Future and Emerging Technologies (FET) Quantum Technologies Flagship. Il est financé par le programme-cadre Horizon 2020. Doté d’un budget de 10,2 millions d’euros, le projet sera mené de 2018 à 2021.
 
Cellule MEMS à vapeur atomique fabriquée au CSEM. Dimensions: 4 x 4 x 1,4 mm.
 
La Suisse va jouer un rôle clé
«Nous développons depuis dix ans des systèmes quantiques complexes, tels que des horloges atomiques miniatures», explique Mario El-Khoury, directeur général du centre de recherche et développement suisse. «Au cœur de cette technologie, les cellules à vapeur atomique micro-fabriquées devraient doper les performances des capteurs de manière phénoménale, ce qui entraînera d’énormes progrès dans bien des domaines», ajoute Jacques Haesler, coordinateur du projet macQsimal et chef de projet au CSEM.
Décrochant près de la moitié du budget prévu, la Suisse va jouer un rôle clé dans ce projet. Outre le CSEM, les universités de Neuchâtel et de Bâle y sont notamment associées, ainsi que l’entreprise Orolia Switzerland, sise à Neuchâtel.
 
Créer une industrie des capteurs quantiques en Europe
La valorisation industrielle des technologies développées figure au centre des préoccupations des partenaires du projet macQsimal. Pour ce faire, ils vont combiner la physique des capteurs de pointe avec des cellules à vapeur atomique «micro-fabriquées», connues sous le nom de MEMS. Un tel procédé doit faciliter une production à grande échelle, alliant fiabilité maximale et coûts avantageux.
Des méthodes avancées de compression (squeezing), d’intrication (entanglement) et d’électrodynamique quantique en cavité (cavity QED) seront appliquées à des capteurs miniaturisés pour offrir une plate-forme avant-gardiste à usages multiples. Dotée d’une sensibilité exceptionnelle, celle-ci permettra de mesurer cinq grandeur physiques-clés: le temps, le mouvement de rotation, les champs magnétique et électrique et la concentration de gaz. Elle servira de base au développement de prototypes destinés à des applications dans des domaines tels que la navigation autonome, le diagnostic médical non invasif et la détection de substances chimiques.
 
Le Laboratoire Temps-Fréquence (LTF)
L’équipe de Gaetano Mileti, professeur au Laboratoire Temps-Fréquence (LTF) de l’Université de Neuchâtel, développera de nouveaux schémas quantiques en vue d’améliorer les performances d’horloges atomiques miniatures. En outre, elle contribuera à la mise au point des cellules à vapeur atomique qui forment la base de tous les instruments envisagés.
www.unine.ch/ltf/home.html
 
Les technologies quantiques
Les technologies quantiques exploitent les singularités comportementales de l’énergie et de la matière au niveau quantique (atomique et subatomique). Elles permettent d’obtenir des fonctionnalités et des performances uniques car, à une si petite échelle, les lois classiques de la physique cèdent la place aux lois de la mécanique quantique.
Ceci entraîne des effets particuliers tels que la superposition» et l’intrication, des phénomènes qui offrent de nouvelles perspectives technologiques et économiques. La superposition permet à une particule d’exister simultanément dans deux états à la fois, tandis que l’intrication voit l’état d’une particule dépendre de l’état d’une autre particule, même lointaine. Un mouvement est en cours pour exploiter ces effets et mettre au point des nouveaux dispositifs et systèmes qui se distingueront par leur extrême puissance.
 
 
CSEM
Jacques Haesler
Tél. 032 720 59 57/079 502 76 47
jacques.haesler@csem.ch
 
Orolia Switzerland
Pascal Rochat
Tél. 032 732 16 61/079 436 51 10
rochat@spectratime.com
 
UniNE
Gaetano Mileti
Tél. 032 718 34 82/079 237 74 88
gaetano.mileti@unine.ch


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