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Prix Inria 2017

Mazyar Mirrahimi : Prix Inria – Académie des sciences du jeune chercheur

© Inria / Photo G. Scagnelli

De Téhéran à la rue Simone Iff dans le 12e arrondissement de Paris, en passant par Pasadena et Yale, Mazyar Mirrahimi a beaucoup voyagé et multiplié les rencontres… Mais ce sont surtout son parcours académique remarquable et ses travaux pionniers en matière de contrôle et de mesure des systèmes quantiques qui ont valu le Prix Inria du jeune chercheur au directeur de l'équipe-projet Quantic.

Nous sommes en 2000 : après une année d'études au sein de la Sharif University of Technology de Téhéran et une médaille d'argent aux Olympiades internationales de mathématiques, Mazyar Mirrahimi intègre l'École polytechnique, attiré par la pluridisciplinarité de la formation proposée. « C'est là que j'ai commencé à m'intéresser de près à la physique quantique et à l'automatique. Et c'est là aussi que j'ai rencontré Pierre Rouchon qui allait devenir mon directeur de thèse quelques années plus tard. C'est lui qui m'a proposé de travailler sur un sujet assez peu exploré à l'époque : le contrôle des systèmes quantiques.  » En 2005, quelques mois avant de soutenir sa thèse, Mazyar Mirrahimi fait un séjour de quelques mois à Caltech (California Institute of Technology) auprès du physicien Hideo Mabuchi. « À son contact, j'ai décidé d'orienter mes recherches vers le contrôle par feedback. Rétrospectivement, c'était une thématique de poids car elle a dominé mes travaux pendant presque une décennie !  » Il faut dire que le sujet est étroitement corrélé à la problématique de la correction d'erreur, préalable nécessaire à la mise au point de futurs ordinateurs quantiques, « car, quelle que soit leur nature, les Qubits – unités de stockage de l'information quantique – sont particulièrement fragiles : la moindre perturbation peut se traduire par la décohérence du système, c'est-à-dire détruire la superposition d'états qui fait tout leur intérêt. L'instabilité des Qubits est un frein puissant au développement de l'informatique quantique : pour l'heure la durée de vie des Qubits autorise seulement quelques milliers d'opérations logiques !  »

Du "piège à photons"…

Recruté chez Inria en 2006 en tant que chargé de recherche au sein de l'équipe-projet Sisyphe, il effectue un nouveau séjour à Caltech l'année suivante avant de se rapprocher de l'équipe du Laboratoire Kastler Brossel (LKB) (ENS Paris) pilotée par Serge Haroche, dont il suivait les cours au Collège de France depuis plusieurs années. « En 2008, aux côtés de Pierre Rouchon j'ai pu mettre à profit ce que j'avais fait à Caltech pour contribuer à une expérience dont l'article conclusif a été publié dans Nature en 2011 et a été cité dans les attendus du prix Nobel décerné à Serge Haroche en 2012. Cette expérience visait à manipuler des photons piégés dans une cavité dans le but de stabiliser un état quantique de la lumière. Il s’agissait d’une première expérience de contrôle par feedback d’un système quantique. Avec Pierre Rouchon, nous avons proposé une stratégie de feedback ainsi qu'un algorithme de filtrage qui permettait d'estimer en temps réel l'état quantique du système.  »

…aux circuits supraconducteurs

En 2011, Mazyar Mirrahimi passe son habilitation à diriger des recherches et en 2012, à seulement 31 ans, il réussit le concours pour devenir directeur de recherche Inria. Décisives pour sa carrière sur le plan administratif, ces deux années auront également marqué une inflexion notable dans l'orientation de ses travaux. « À l'époque, je commençais à m'intéresser aux circuits supraconducteurs quantiques qui étaient alors en plein développement. En 2011, j'ai donc contacté Michel Devoret qui était titulaire de la chaire de physique mésoscopique du Collège de France pour lui proposer de le rejoindre à l'université de Yale où il enseigne, afin de passer une année sabbatique à ses côtés et travailler ensemble sur ce sujet. Finalement je suis resté deux ans !  »

« L'interdisciplinarité est une force »

Depuis 2013 Mazyar Mirrahimi dirige l'équipe Quantic (Inria-ENS-UMPC-Mines Paristech) dont les activités s'articulent autour de deux axes principaux. Le premier porte sur la correction d'erreurs quantiques via l'utilisation de cavités supraconductrices en lieu et place de registres multi-Qubits. Le second vise au développement d'une méthode de feedback inspirée par l'ingénierie de réservoir qui permettrait de remplacer les dispositifs de mesure "physiques" habituellement utilisés pour le contrôle de systèmes quantiques par d'autres systèmes quantiques. Forte de cinq permanents, cette équipe occupe un positionnement unique à l'interface entre théorie et expérimentation et au croisement des mathématiques appliquées, de la physique quantique expérimentale et de l'ingénierie. Pour ce chercheur, cette interdisciplinarité est une force car le chemin vers l'avènement d'une informatique quantique opérationnelle est loin d'être tout tracé… « Dans les années qui viennent, nous assisterons à de nombreuses avancées, avec la mise au point de machines destinées à des applications très précises à l'instar de ce que font Google sur la simulation du comportement de grosses molécules ou la société canadienne D-Wave sur la résolution de problèmes d'optimisation… Mais il faudra sans doute attendre plus longtemps avant de disposer d'un ordinateur quantique universel programmable !  » D'ici là Mazyar Mirrahimi entend bien continuer à apprendre de nouvelles choses, expérimenter de nouvelles idées, publier d'autres articles – il en a déjà signé une cinquantaine -  et rencontrer d'autres chercheurs, comme il l'a toujours fait tout au long de sa jeune carrière. Son message aux plus jeunes ? « N'hésitez pas à sortir des frontières de vos domaines d'origine, voyagez, profitez des dispositifs de séjours sabbatiques, ouvrez-vous à d'autres disciplines… c'est le meilleur moyen de progresser !  »

Témoignages

Michel Devoret, professeur à l’université de Yale (USA)

« J’ai rencontré Mazyar en 2009 lors d’un cours que je donnais au Collège de France et il passe depuis, chaque année, plusieurs mois dans notre laboratoire. Notre collaboration a été et reste extrêmement fructueuse. Elle a donné lieu à une vingtaine de publications dans des revues avec comité de lecture, la plupart dans des journaux à fort impact comme Nature et Science. Mais la qualité des contributions scientifiques de Mazyar va bien au-delà ! Esprit profondément original, Mazyar a créé tout un nouveau domaine de la correction d’erreur quantique, le hardware - efficient quantum error correction . Le système qu'il a proposé nous a permis de démontrer expérimentalement une correction effective d’erreur au-delà du point de break-even , qui n’avait jamais encore été observée. Je n’hésiterais pas à classer Mazyar dans la catégorie des mathématiciens appliqués français qui ont eu un profond impact en physique, comme Benoît Mandelbrot par exemple. Je suis très heureux que le prix Inria lui ait été attribué. » 

Rodolphe Sepulchre, professeur à l'université de Cambridge (UK)

« J’étais rapporteur de la thèse de Mazyar soutenue en 2005. On pouvait découvrir dans ce travail très original les fondements d’une automatique quantique. J’entends par là un cadre mathématique rigoureux directement inspiré par des questions de contrôle à l’échelle atomique auxquelles étaient confrontés les expérimentateurs. En particulier, la notion centrale de contrôle par rétroaction, ou feedback, dans un contexte ou la mesure influence l’état du système. Durant les dix années qui ont suivi, Mazyar et ses collaborateurs sont devenus les pionniers de l’automatique quantique, permettant des premières mondiales tant au niveau expérimental qu’au niveau théorique. Le chercheur est à l’image de son travail : le sourire discret aux lèvres, il est toujours prêt à réexpliquer dans un langage simple les derniers développements d’une théorie que très peu de scientifiques maîtrisent aujourd’hui. »

Mots-clés : Prix Inria Systèmes quantiques Quantique

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