Métrologie Quantique

Systèmes et Métrologie Quantiques

Description : Ce cours propose une introduction approfondie au domaine de la détection quantique (quantum sensing), qui exploite les propriétés fondamentales des systèmes quantiques — cohérence, intrication et mesures quantiques — afin de dépasser les limites de sensibilité des capteurs classiques. Le cours couvre les bases théoriques de la métrologie quantique, incluant la théorie de l’estimation, l’information de Fisher quantique et les limites fondamentales de précision, ainsi que l’impact du bruit, de la décohérence et du contrôle quantique sur les performances des capteurs. Une attention particulière est portée à l’analyse quantitative des compromis entre sensibilité, temps de cohérence et robustesse au bruit. Le cours présente ensuite les principales plateformes expérimentales de la détection quantique, telles que les horloges atomiques et interféromètres à atomes froids, les capteurs optiques utilisant des états comprimés de la lumière, ainsi que les capteurs quantiques à l’état solide, notamment les centres NV dans le diamant et les dispositifs supraconducteurs. Des séances de travaux dirigés sont intégrées afin de consolider les concepts théoriques par la résolution de problèmes analytiques et numériques représentatifs de situations réelles. Le cours vise à fournir aux étudiants les outils conceptuels et pratiques nécessaires pour comprendre, modéliser et comparer les capteurs quantiques modernes, ainsi que pour appréhender leurs applications en physique fondamentale, en ingénierie et en technologies émergentes.

Acquis d’apprentissage : AA1 : Connaissance des principales ressources quantiques pour l’implémentation de solutions matérielles – AA2 : Mise en oeuvre numérique et expérimentale de protocole de communication quantiques – AA3 : Maitrises des différentes architectures d’ordinateurs quantiques et de leurs limitations – AA4 : Maitrise des techniques existantes en métrologie quantique

Modalités d’évaluation : Compte-rendu de TP

Compétences évaluées :

  • Conception Génie Physique
  • Modélisation Physique
  • Traitement Données
  • Analyse Systèmes

Responsable de cours : Damien Rontani

Identifiant Geode : SPM-PHY-xxx

CM :

  1. Introduction à la métrologie quantique (1.5 h)
  2. Théorie de l’estimation quantique : (Information de Fischer Quantique, Borne de Cramer-Rao, estimation de paramètres dans les systèmes quantiques) (1.5 h)
  3. Bruit et décohérence dans les capteurs Quantique (1.5 h)
  4. Controle Quantique pour l’amélioration de sensibilité (1.5 h)
  5. Plateforme de métrologie quantique 1/3 : Horloge atomique et Interférometrie d’onde de matière (1.5 h)
  6. Plateforme de métrologie quantique 2/3 : Capteurs photonique (1.5 h)
  7. Plateforme de métrologie quantique 3/3) : Capteurs à état solide (1.5 h)
  8. Sujets avancés : Capteurs amliorés par Intrication, mesures quantiques distribuées, réseaux quantiques (1.5 h)

TD :

  1. Estimation quantique et limites associées (1.5 h)
  2. Bruit quantique et Modélisation numérique (1.5 h)

TP :

  1. Etude de la Métrologie quantique (3.0 h)