ENS LYON QUANTIQUE

Ecole Normale Supérieure de Lyon, France

Ce site présente les initiatives autour de la physique quantique à l'Ecole Normale Supérieure de Lyon. Vous pourrez y trouver les offres de cours sur ce thème, des informations sur les thèses réalisées dans nos laboratoires ou en recherche de candidates et candidats, mais aussi des informations sur le projet QuantEdu France qui soutient notre offre de formation sur les technologies quantiques.

OFFRE DE COURS

PHYSIQUE

Le département de physique de l'ENS de Lyon propose une solide formation en sciences et technologies quantiques au travers de cours au niveau L3, au niveau M1 et au niveau M2. La formation permet de se former à tous les aspects de la physique contemporaine mais nous indiquons une sélection de cours particulièrement adaptés aux sciences et technologies quantiques dans l'illustration ci-dessous. Le nombre minimum de modules à valider lors de chaque semestre de formation est indiqué.

Nous proposons une école d'hiver du 15 janvier au 19 janvier 2024 à l'ENS de Lyon donnant une introduction aux technologies quantiques. Si vous êtes intéressés, inscrivez-vous sur le site de l'école.

INFO

Le département d'informatique de l'ENS de Lyon propose une formation en informatique fondamentale qui permet de s'initier au calcul quantique (cours de M1S1 Quantum Computer Science) et à la cryptographie post-quantique (cours de M1S2 Cryptographie et Sécurité ainsi que des cours de M2).

MATH

Le département de mathématiques de l'ENS de Lyon propose un master "Mathématiques Avancées", co-accrédité avec l'université Claude Bernard (Lyon 1). Des cours sur les fondements mathématiques de la mécanique quantique ou ses applications en font régulièrement partie. Exemples récents: On the non linear Schrödinger equation (Nikolay Tzvetkov, 2023-2024), Quantum Mechanics and Quantum Information Theory (Guillaume Aubrun, 2023-2024), Topological phases of matter (Johannes Kellendonk, 2023-2024), Quantum Field Theory and Renormalization (Alessandra Frabetti, 2023-2024), Many-body quantum mechanics and mean-field limits (Nicolas Rougerie, 2021-2023)... Lien vers la page du MA2

Certains cours d'analyse ou de probabilités proposés par le MA1 "mathématiques avancées" sont également relevants pour les fondements de la mécanique quantique, en particulier Equations aux dérivées partielles (Laurent Laflèche), Théorie spectrale (Amine Marrakchi), Processus stochastiques (Emmanuel Jacob) Lien vers la page du MA1

AUTRES

L'Ecole Normale Supérieure de Lyon propose des formations dans différents domaines annexes pouvant être utile à votre projet professionnel.

Création de jeux éducatifs : du jeu de cartes au jeu video

Nous proposons de mars à avril un module de pédagogie par le jeu. Pol Grasland-Mongrain, spécialiste de ludification de la science, et James Keohane, spécialiste de programmation en Godot, vous apprendront comment utiliser et créer des jeux de société et des jeux videos pour disséminer des concepts scientifiques, notamment de physique quantique. Le module se concluera par la création d'un jeu. Le plan du cours se trouve ici.

Un événement connexe a eu lieu en 2023 à l'ENS de Lyon et sera certainement renouvelé : la Scientific Game Jam. Vous pouvez jouer au jeu qui a remporté la compétition : Quantum Para-dice.

Entreprenariat

L'ENS de Lyon fait partie du dispositif Beelys dans le cadre de l'Université de Lyon (informations ici), qui accompagne les étudiant.e.s vers l'entreprenariat. Nous avons également une convention avec HEC pour que nos étudiants puissent y suivre une formation à l'entreprenariat. Nous avons également une convention de partenariat avec l'EM Lyon avec des modules ouverts à nos étudiant.e.s sur les finances mathématiques et le management culturel.

Dans le cadre des technologies quantiques, l'ENS de Lyon a déjà débouché sur la création d'une entreprise. C'est en effet à la fin de sa thèse à l'ENS de Lyon que Théau Peronnin a remporté le concours I-PhD et cofondé la startup Alice et Bob qui collabore étroitement avec l'ENS de Lyon.

THESES

RECHERCHE CANDIDATURES

Voici une liste de sujets de stage ou thèse sur le thème des sciences et technologies quantiques à l'ENS de Lyon

Entanglement in electron quantum optics

  • Type: Theoretical physics
  • Advisors: Pascal Degiovanni (DR1 CNRS, ENS Lyon)
  • Funding: To be determined
  • Starting date: Internship in the Spring 2024, PhD studies in September 2024
  • How to apply:
  • Project :

Microwave resonators within quantum Hall edge channels

  • Type: Theoretical physics
  • Advisors: Ines Safi (CR HDR CNRS) et Pascal Degiovanni (DR1 CNRS, ENS Lyon)
  • Funding: To be determined
  • Starting date: Internship in the Spring 2024, PhD studies in September 2024
  • How to apply:
  • Project :

Generating quantum state of the electro-magnetic fields from the quantum back action of a single electron

  • Type: Theoretical physics
  • Advisors: Pascal Degiovanni (DR1 CNRS, ENS Lyon)
  • Funding: To be determined
  • Starting date: Internship in the Spring 2024, PhD studies in September 2024
  • How to apply:
  • Project :

Quantum-to-classical transition seen through quantum signals: reconstruction of a classical image from a network of observers

  • Type: Theoretical physics, Quantum information
  • Advisors: Feller Alexandre (CPJ, PhLAM Lille), Adam Rançon (MCF, PhLAM Lille)
  • Funding: Funded
  • Starting date: Internship in Spring 2024, PhD studies in September 2024
  • How to apply: alexandre.feller@univ-lille.fr
  • Project :

BOURSES DE THESE

A l'ENS de Lyon, les thèses sur le thème des sciences et technologies quantiques peuvent être financées par plusieurs moyens. Celles et ceux ayant suivi la scolarité à l'ENS de Lyon peuvent candidater à un contrat doctoral spécifique normalien (CDSN). L'école doctorale EDPHAST propose également des bourses de thèse. Enfin, les groupes de recherche ont potentiellement des contrats de recherche permettant de financer la thèse.


Dans le cadre du projet QuantEdu-France de France 2030, l'ENS de Lyon peut également attribuer des allocations doctorales à une personne désirant faire sa thèse dans un laboratoire de l'ENS de Lyon en physique, informatique ou mathématique sur un projet relevant des technologies et sciences quantiques. Les personnes intéressées sont invitées à envoyer un bref dossier au format PDF par mail à l'adresse avant le 7 avril 2024 minuit contenant :


Le comité de sélection, constitué de Omar Fawzi, Serge Florens (président), Benjamin Huard et Tommaso Roscilde publiera un classement avant la fin avril.

RECHERCHE

Quantum Circuit Group

Notre groupe de recherche explore la physique de l'information et de la mesure dans des dispositifs quantiques que nous concevons, réalisons et mesurons. Ces objets peuvent être vus comme des machines quantiques traitant de l'information. Contrairement aux dispositifs ordinaires, dans lesquels la mécanique quantique n'entre qu'au niveau des électrons individuels, c'est au niveau des signaux que les degrés de liberté de ces machines obéissent aux lois de la mécanique quantique. Nous nous intéressons actuellement à l'amplification de signaux quantiques, à la résonance de spin électronique à l'échelle nano, aux trajectoires et à la rétroaction quantiques, à la thermodynamique de l'information quantique, à l'optique quantique microonde, à la correction d'erreur quantique et à la mesure quantique. Permanents : Audrey Bienfait, Sylvain Hermelin, Benjamin Huard.

ENIQMA (ENtangled Interacting Quantum MAtter) group

Notre groupe de recherche travaille sur la théorie des systèmes quantiques à N corps; et en particulier sur comment la physique à N corps permet de préparer, certifier et exploiter des états quantiques intriqués avec des grands nombres de particules. Nous nous servons d’outils théoriques et numériques de pointe pour étudier les états d’équilibres, ainsi que la dynamique des systèmes à N corps loin de l’équilibre. Et nous développons des schémas scalables de certification de l’intrication, ainsi que d’autres propriétés de corrélation quantique (cohérence quantique, nonlocalité de Bell, etc.).  Nos prédictions s’inspirent beaucoup des travaux de plusieurs équipes expérimentales qui réalisent des expériences de simulation quantique avec des plateformes de physique atomique, ou qui travaillent autour des corrélations quantiques dans les matériaux quantiques. Permanents : Fabio Mezzacapo, Tommaso Roscilde.

Optique quantique électronique

Grâce aux progrès technologiques dans le domaine de la nanofabrication et des techniques de radiofréquence, il est devenu possible d’explorer la physique des circuits électroniques dans le régime où les effets quantiques sont dominants et même de préparer, de manipuler et de mesurer leur état quantique. En particulier, il est maintenant possible de générer, caractériser et manipuler des courants électriques constitués d’un à quelques électrons dans des états quantiques bien définis. Ce domaine émergent, appelé optique quantique électronique. Notre recherche actuelle vise à développer un cadre théorique pour l'optique quantique électronique, un domaine émergent qui vise à manipuler l'état quantique d'un ou de quelques électrons dans un conducteur. Cette forme ultime des courants électriques est maintenant assez bien contrôlée pour que des applications puissent être envisagées. Nous nous intéressons ainsi à la mesure de champs électromagnétiques micro-ondes avec une résolution temporelle voisine de la pico-seconde au moyen d’interféromètres à électrons uniques, ainsi qu’à l’utilisation de paquets d’ondes électroniques uniques comme porteur d’information quantique (qubits électroniques) mais aussi à l’étude du rayonnement électromagnétique quantique rayonné par de tels courants électriques quantiques. Enfin nous nous intéressons à l’étude et la caractérisation de l’intrication quantique véhiculée par ces courants. Permanents : Pascal Degiovanni.

QInfo team

QInfo est une équipe-projet d'Inria qui se concentre sur l'information quantique. Nous développons des outils mathématiques et algorithmiques pour optimiser l'utilisation des ressources d'information quantique. Les dispositifs de traitement de l'information qui peuvent tirer parti des lois de la théorie quantique ont un potentiel important en termes de calcul, de communication et de cryptographie. Cependant, les dispositifs quantiques disponibles aujourd'hui sont tous affectés par un bruit indésirable : le comportement réel du dispositif ne correspond qu'approximativement au modèle pour lequel il a été conçu. Une telle déviation indésirable du modèle peut avoir des effets dévastateurs pour les applications de traitement de l'information : par exemple, dans le contexte du calcul quantique, l'accumulation de bruit peut rendre le résultat du calcul complètement inutile. Cette équipe projet vise à développer des méthodes et des algorithmes pour réduire de manière optimale l'effet indésirable causé par le bruit sur les tâches de traitement de l'information quantique. Permanents : Alastair Abbott, Guillaume Aubrun, Omar Fawzi, Daniel Stilck França, Mischa Woods.

Theory of Quantum Matter

Notre groupe de recherche travaille sur plusieurs axes de recherche théorique autour de la matière quantique qui ont pour but de mettre en lumière les propriétés physiques de nouvelles phases quantiques de la matière, notamment les propriétés magnétiques et de transport électrique ou de chaleur. Elle utilise et développe un arsenal d’outils théoriques variés, tant numériques (méthodes Monte Carlo variationnelle, Monte Carlo quantique à température finie, diagonalisation exacte …) qu’analytiques (bosonisation, méthodes diagrammatiques en théorie des champs, groupe de renormalisation, méthodes variationnelles …), afin d'aborder un large nombre de situations où les corrélations, fluctuations quantiques ou interactions à longue portées sont importantes. L’équipe aborde, entre autre, les glaces de spins et leurs excitations magnétiques, la dynamique hors-équilibre et la formation de gouttelettes dans des gaz d’atomes froids, les liquides de spin ou encore les effets de localisation par le désordre dans les semi-métaux de Dirac et de Weyl, en lien avec le thème Systèmes Topologiques.Permanents : Peter Holdsworth, Edmond Orignac, Lucile Savary.

Theory of topological systems

Notre équipe combine différentes techniques numériques et analytiques (théorie adiabatique, semi-classique, théorie des champs), et emprunte aux mathématiques (géométrie différentielle, théorèmes d’indices) pour décrire les aspects topologiques de systèmes physiquement très variés. Elle étudie notamment les liens entre les propriétés topologiques et les aspects dynamiques, de désordre, de nonlinéarité, ou de non-herméticité de ces systèmes. Dans le domaine quantique, elle s’intéresse par exemple aux semi-métaux de Weyl, aux champs de jauge artificiels avec des atomes froids, aux dynamiques quantiques induites par des couplages topologiques entre différents degrés de libertés ou encore à l’apparition d’une gravitation analogue dans certains matériaux topologiques. Dans le domaine classique, elle explore de nouveaux états topologiques en mécanique, en photonique, en acoustique, ainsi que dans les fluides avec comme application les ondes en géophysique et en astrophysique.Permanents : David Carpentier, Pierre Delplace, Andrei Fedorenko.

Mathématiques

L'Unité de Mathématiques Pures et Appliquées (UMPA), le laboratoire de mathématiques de l'ENSL, a des activités en physique mathématique, en particulier au sein de ses équipes "Analyse et Modélisation" et "Probabilités". Des thèmes à l'interface avec la physique quantique sont bien représentés: Mécanique quantique N-corps, limites de champs moyen, (Laurent Laflèche, Nicolas Rougerie), Analyse semi-classique (Paul Alphonse, Laurent Laflèche), Equations aux Dérivées Partielles dispersives (Nicolas Rougerie, Nikolay Tzvetkov), Matrices et tenseurs aléatoires (Alice Guionnet), Quantification stochastique, théorie euclidienne des champs quantiques (Jean-Christophe Mourrat, Nicolas Rougerie), Verres de spin (Jean-Christophe Mourrat), Algèbres d'opérateurs (Amine Marrakchi)...

PROJET QUANTEDU FRANCE

La stratégie quantique du programme France 2030 finance un projet de formation qui rassemble une vingtaine d'universités en France dont l'Ecole Normale Supérieure de Lyon. Dans ce cadre, l'ENS de Lyon propose des allocations doctorales mais aussi diverses actions permettant de renforcer la qualité de notre offre de formation en technologies quantiques. Nous avons par exemple pu acquérir du matériel expérimental permettant de proposer des projets expérimentaux autour de l'intrication quantique, de la manipulation de bits quantiques, du couplage optomécanique, et le l'imagerie atomique.

L'objectif du projet QuanTEdu-France est de consolider les interactions entre les universitaires de toutes disciplines, les chercheurs et les acteurs économiques locaux et nationaux. Il est également essentiel que la recherche fondamentale et les acteurs industriels puissent s'appuyer sur des compétences stratégiques accrues et améliorées. Ainsi, le projet QuanTEdu-France propose un programme ambitieux de financement de contrats doctoraux, incluant la composante managériale et entrepreneuriale. Au-delà de ces initiatives de formation initiale, le développement du capital humain et des futurs talents doit être soutenu par un programme ambitieux de formation continue afin de doubler le vivier d'experts en technologies quantiques d'ici 2027.

BOURSES DE MASTER

Le projet QuanTEdu-France finance au plus une bourse par an pour les étudiantes et étudiants intéressés par une formation en sciences et technologies quantiques. Concrètement, cela consiste à rejoindre un master en Sciences de la Matière (Physique), Mathématiques avancées ou Informatique fondamentale, et à s'engager à effectuer un stage à l'ENS de Lyon en sciences et technologies quantiques. Le projet est financé dans le cadre du programme France 2030.

ECOLES D'ETE

Les étudiantes et étudiants de l'ENS de Lyon intéressés par une école d'hiver ou d'été sur le thème des sciences et technologies quantiques peuvent demander un financement pour y participer. De nombreuses écoles d'une semaine ou deux ont lieu chaque année notamment en Europe. N'hésitez pas à écrire à pour demander une participation financière dans la limite de 300€.

ETUDIER AUX PAYS-BAS

Les bourses France Excellence Quantum de l’Institut français NL financent la mobilité d’étudiants et de jeunes chercheurs de l’enseignement supérieur néerlandais dans le domaine du quantique qui souhaitent poursuivre leurs études ou effectuer des recherches en France. Les bourses France Excellence Quantum se destinent également aux étudiants et jeunes chercheurs de l’enseignement supérieur français, dans les mêmes domaines, souhaitant se rendre aux Pays-Bas. En partenariat avec : QuantEduFrance & Quantum Delta NL. Tous les détails ici.

SPECTACLE

Le vendredi 12 janvier 2024, la compagnie Les ateliers du spectacle est venue présenter un Impromptu Scientifique autour de la supraconductivité.

Un métal refroidi à l’extrême devient supraconducteur : il transporte le courant électrique sans résistance, sans perte d’énergie. Mais que se passe-t-il dans ce métal pour qu’un tel phénomène ait lieu ? Pour le comprendre, on suivra, au milieu des vapeurs d’azote et des métaux volants, le chercheur en physique quantique Hugues Pothier. A la rencontre de ces électrons qui n’ont pas choisi entre l’ici et l’ailleurs.
Hugues Pothier est chercheur en physique quantique au sein du groupe Quantronique, Service de physique de l'état condensé (SPEC) du CEA-Paris- Saclay.

Une production de la compagnie Les ateliers du spectacle.Coproduction CEA Paris Saclay avec le soutien de QuantEdu France et du programme de l’Union Européenne – Horizon 2020 recherche et innovation (No 828948), de la Région Île de France – La Science pour tous et de la Diagonale Paris-Saclay.

FETE DE LA SCIENCE

Les étudiantes et étudiants de l'ENS de Lyon peuvent participer à l'organisation de la fête de la science. Le projet QuantEdu permet de financer la construction d'ateliers autour des sciences et technologies quantiques.

LIENS

Ecole Normale Supérieure de Lyon

Département de Physique

Laboratoire de Physique à l'ENS de Lyon