Médaille de bronze du CNRS : Nina Amini récompensée pour ses travaux sur le contrôle quantique

Protéger les états quantiques est une étape significative sur le chemin qui mène à l’ordinateur quantique. C’est aussi l’objet des travaux de Nina Amini, chercheuse en automatique au Laboratoire des Signaux et Systèmes. Après des études en mathématiques appliquées, la chercheuse se laisse séduire par les enjeux du contrôle quantique au cours de sa thèse à Mines ParisTech. « J’ai été attirée par les problèmes mathématiques fascinants de cette discipline qui ne sont pas regardés dans le monde classique, car on ne les y rencontre que rarement », confie la chercheuse.

Lors de sa thèse, elle collabore avec l’équipe de Serge Haroche dans le cadre de la première expérience en temps réel de contrôle quantique en boucle fermée. « Il y a eu de grandes avancées expérimentales en contrôle quantique ces dernières années, mais nous manquons encore cruellement de théories fondamentales qui permettront de systématiser les approches et de faire des réseaux quantiques une réalité », constate la chercheuse. Et elle compte bien y remédier.

Pour comprendre l’objectif des travaux de Nina Amini, il faut reprendre la base de fonctionnement des technologies quantiques. Celles-ci veulent exploiter les propriétés comme la superposition et l’intrication. La première permet, par exemple, à un électron de se trouver à plusieurs endroits à la fois. La seconde corrèle entre eux deux objets quantiques de même nature de sorte qu’une mesure réalisée sur l’un affecte l’autre. Or, ces propriétés sont facilement modifiées par les observations et l’interaction avec leur environnement. Les exploiter nécessite donc de les stabiliser. Pour cela, Nina Amini adopte une stratégie des plus robustes, mais aussi des plus complexes : le contrôle par feedback.

Celui-ci repose sur des boucles de rétroaction permettant de maîtriser en temps réel des systèmes quantiques pour les stabiliser autour d’un état ou un sous-espace cible. Ces boucles doivent inclure les perturbations causées par la mesure. « Lors de mes post-doctorats en Australie puis aux États-Unis, j’ai découvert une stratégie alternative de rétroaction potentiellement plus performante où le système est contrôlé par un autre système quantique en absence de perturbations induites par la mesure. J’ai toujours eu la chance de collaborer avec des équipes renommées dans ce domaine en France et à l’étranger, ce qui m’a énormément ouvert l’esprit sur le potentiel de ma discipline et forgé l’orientation de mes recherches d’aujourd’hui », témoigne Nina Amini. À titre d’illustration, ses recherches ont mené à l’élaboration de lois de commande leur garantissant une stabilité exponentielle, un résultat majeur qui dépasse ceux de la littérature. Ses méthodes répondent également à des enjeux entourant les codes correcteurs d’erreurs qui assurent la fiabilité d’une information lors d’une communication quantique. Elle a de même contribué aux problèmes de convergence et robustesse de filtres quantiques aux imperfections en expérience réelle.

Ses travaux se positionnent ainsi à l’interface entre mathématiques, physique et automatique. « J’apprécie beaucoup cette multidisciplinarité dans mes approches, mais aussi à travers mes échanges avec d’autres chercheurs. Elle est, selon moi, essentielle pour l’avenir de ce domaine qui demande de sortir du cloisonnement disciplinaire », souligne la chercheuse. Elle réalise pour cela des collaborations avec des expérimentateurs en France comme à l’étranger afin de faire évoluer conjointement théorie et pratique. Elle coordonne également un projet ANR Q-COAST qui implique cinq équipes internationales de différents horizons.

« Cette médaille de bronze du CNRS récompense tout un travail collectif et collaboratif, confie la chercheuse. C’est aussi une belle façon de mettre en lumière le domaine du contrôle quantique qui a besoin de davantage de chercheurs tant il y a de problèmes théoriques intéressants à développer ». Pour la suite, Nina Amini a déjà prévu de s’attaquer à des théories qui n’existent pas encore, mais qui seront essentielles pour répondre aux besoins des technologies quantiques des prochaines décennies.