Paul Huillery : accélérer l’essor des technologies quantiques

Crédit photo : Franck Boisselier

La physique quantique, qui explore le monde de l’infiniment petit, commence à donner naissance à des technologies et à des objets. C’est précisément l’objectif de Paul Huillery, qui a rejoint l’INSA Rennes en septembre 2022 comme titulaire d’une chaire de professeur junior. Au sein de l’Institut FOTON*, il compte notamment développer avec ses collègues des capteurs quantiques pour l’imagerie médicale.

Pourquoi s’installer à Rennes quand on a derrière soi 15 ans de recherche en sciences quantiques expérimentales, menées entre Paris, l’Italie et le Royaume-Uni ? « Je suis originaire de Rennes et j’apprécie sa grande qualité de vie, alors que les loyers parisiens sont inabordables, sourit Paul Huillery. Mais surtout, l’INSA Rennes m’a offert une opportunité unique : avec cette chaire de professeur junior, je me retrouve pour cinq ans à la tête d’une petite équipe de recherche et mes heures d’enseignement sont allégées. »

Quantique : des chercheurs à l’INSA Rennes, une start-up à Lorient

Cette organisation sert à merveille l’objectif de Paul Huillery : faire passer le monde du quantique de la science fondamentale aux technologies. « C’est un virage qui s’amorce, explique l’intéressé. À partir des connaissances existantes, des chercheurs étudient des dispositifs et créent des start-up. »

Le mouvement est également lancé à l’INSA Rennes, où l’Institut FOTON bénéficie d’une reconnaissance internationale en réalisation de nanostructures ; demain, il sera possible d’y manipuler des états quantiques individuels pour préparer des ruptures technologiques. L'Institut FOTON entretient déjà des relations avec la start-up Wainvam-E (Lorient), l’une des rares sociétés au monde qui développe des capteurs quantiques pour la métrologie. « Difficile de trouver un contexte plus favorable », souligne le chercheur.

Paul Huillery, qui rejoint l’équipe OHM de l'Insitut FOTON, va se focaliser lui aussi sur des capteurs quantiques, en l’occurrence des magnétomètres pour la mesure de champs magnétiques. Avec les technologies existantes, ces dispositifs sont notamment employés en imagerie médicale, pour la magnétoencéphalographie. Mais ils ont l’inconvénient d’être volumineux et doivent être refroidis à - 223°C par un coûteux système cryogénique.

Des capteurs quantiques compacts pour l’imagerie médicale

« Demain, nous espérons mesurer ce champ magnétique à température ambiante, donc sans refroidissement, avec un capteur beaucoup plus compact » annonce Paul Huillery. Le cœur de son magnétomètre quantique sera un minuscule diamant présentant des défauts atomiques de taille nanométrique. Éclairés par un laser, ces défauts réémettent un signal lumineux dont l’intensité varie en fonction du champ magnétique. « L’imagerie médicale ouvrirait à ce type de capteur des débouchés considérables. Mais il faut les porter au même niveau de résolution et de sensibilité que les capteurs existants. »

Hors secteur médical, une autre application se profile, en électronique : le contrôle non destructif des puces en fin de fabrication. Le dispositif ressemblerait à celui utilisé en endoscopie, avec un diamant placé à l’extrémité d’une fibre optique elle-même reliée à un composant photonique. « L'Institut FOTON est réputé à la fois pour son expertise en physique des lasers et en photonique. Nous sommes bien outillés pour développer ce type de technologie. »

Donner une culture du quantique à tous les élèves-ingénieurs

Paul Huillery n’oublie pas pour autant son rôle d’enseignant. Tout en animant depuis la rentrée des cours et des TP, il conçoit de nouveaux modules dédiés au quantique. Ces derniers devraient être dispensés à la rentrée prochaine aux étudiants qui suivent le master photonique de Bretagne. Dans un second temps, ils seront aussi suivis par leurs camarades qui ont choisi les mathématiques, l’informatique ou l’électronique. « Dans un avenir proche, beaucoup d’ingénieurs commenceront à utiliser des technologies quantiques, et certains seront recrutés par des startup spécialisées dans ce domaine. C’est maintenant qu’il faut leur donner cette culture technique. »

Le parcours de Paul Huillery en six dates

• 2009 : magistère de physique fondamentale à l’université d'Orsay (Paris-Saclay)
• 2013 : docteur en physique de l'université Paris-Saclay et de l'université de Pise
• 2015 : chercheur associé à l'université de Durham (UK), bourse Marie Curie
• 2018 : chercheur postdoctoral à l'ENS Paris 
• 2020 : co-signataire avec trois autres chercheurs d’une publication dans Nature [”Spin-cooling of the motion of a trapped diamond”, Nature, 580, 56-59 (2020)]
• 2022 : professeur junior à l'INSA Rennes, chercheur à l'Institut FOTON

* Institut FOTON : Fonctions Optiques pour les Technologies de l’Information. (UMR CNRS 6082, CNRS, INSA Rennes, Université de Rennes)
 

Cet article est extrait du magazine "InsideLabs, la Recherche à l'INSA Rennes". Retrouvez l'intégralité du 2e numéro "Comment la technologie révolutionne la santé, le bien-être et la qualité de vie ?".

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