Julien LauratProfesseur des universités à Sorbonne Université au Laboratoire Kastler Brossel (LKB)

Julien Laurat, sur la piste des réseaux quantiques

Arrêter la lumière pour mieux faire circuler l’information quantique : c’est le cœur des recherches de Julien Laurat. Son objectif est de construire des réseaux quantiques capables de relier entre eux ordinateurs, capteurs et dispositifs de communication quantique, depuis l’échelle d’un laboratoire jusqu’à celle de réseaux à grande distance.

Au Laboratoire Kastler Brossel (LKB, CNRS/Collège de France/ENS-PSL/Sorbonne Université), à Paris, ce spécialiste d’optique quantique, professeur à Sorbonne Université, développe des dispositifs capables de contrôler des photons en les faisant interagir avec des atomes refroidis par laser. Ces travaux débouchent par exemple sur des mémoires quantiques qui permettent de synchroniser des opérations, une fonctionnalité au cœur des réseaux.

Depuis une dizaine d’années, il a ajouté à sa boite à outils des dispositifs nanophotoniques, qui permettent de mieux confiner la lumière et de renforcer ses interactions avec les atomes froids. Une recherche au long cours, à la frontière entre physique fondamentale et ingénierie de pointe.

Formé à l’Institut d’Optique puis au Laboratoire Kastler Brossel, à Paris, Julien Laurat consacre sa thèse à la photonique quantique avant de partir aux États-Unis pour un postdoctorat à Caltech, où il participe aux premières expériences de mémoires quantiques. De retour en France, il rejoint Sorbonne Université et construit progressivement un programme de recherche centré sur la circulation de l’information quantique.

Dans son laboratoire, le professeur à Sorbonne Université et membre de l’Institut Universitaire de France manipule un objet par nature insaisissable : la lumière. Il utilise des nuages d’atomes refroidis par laser, dans lesquels les photons — porteurs de l’information quantique — peuvent être temporairement piégés avant d’être restitués. Longtemps, cette opération est restée imparfaite : une grande partie du signal était perdue. « Mon groupe de recherche passe son temps à combattre les pertes, s’amuse le physicien. Au début, nous n’étions qu’à 30 % de l’information conservée. Aujourd’hui, nous sommes à plus de 90 %. » 

En permettant de stocker puis de restituer un signal lumineux de manière fiable, ces dispositifs constituent de véritables mémoires. Mais l’enjeu dépasse le simple stockage : ce sont des briques essentielles pour relier entre eux différents dispositifs quantiques. « Quand on peut stocker l’information, on peut synchroniser des processus », résume Julien Laurat. Ordinateurs, capteurs ou systèmes de communication peuvent ainsi échanger de l’information et fonctionner de manière coordonnée.

Encore faut-il que ces technologies puissent se comprendre. Julien Laurat s’attache justement à faire dialoguer plusieurs façons d’encoder l’information quantique sur la lumière. Il a ainsi montré comment passer d’un qubit « particule » à un qubit « onde », une étape clé pour rendre compatibles des plateformes variées.

Ses recherches s’inscrivent dans une démarche exploratoire, où de nouvelles architectures expérimentales sont développées sur le long terme, parfois sans application immédiate. Mais cette capacité à relier des systèmes différents trouve aussi de nombreux débouchés. En 2022, il cofonde la start-up Welinq, dédiée au développement de réseaux quantiques, pour porter ces technologies hors du laboratoire.