Nicolas Treps

Qui a dit qu’on ne pouvait pas être chercheur fondamental et entrepreneur ? Certainement pas Nicolas Treps, enseignant-chercheur au Laboratoire Kastler Brossel de Sorbonne Université. Cailabs, l’entreprise qu’il a créée en 2013 est un modèle de transfert technologique de la recherche en physique quantique de l’institution. Rencontre avec un visionnaire de l’optique quantique.

Qu’est-ce qui vous a amené à travailler en optique quantique ?

J’ai toujours aimé les sciences et j’avais des facilités en mathématiques mais j’ai du mal à identifier un vrai déclencheur. Des parents curieux, peut-être quelques enseignants. Je pense que c’est davantage le cursus qui a fait que plus j’avançais dans les études, plus j’aimais la gymnastique des mathématiques. Mais j’avais besoin de donner un peu de sens et la physique était ce qu’il y avait de plus proche des mathématiques. En master, j’ai effectué un stage à l’Université Stanford en physique des particules parce que travailler sur les grands accélérateurs me paraissait passionnant. Cela m’a convaincu de travailler plutôt sur des machines plus petites pour appréhender tous les aspects de ma recherche, de la théorie aux expériences. C’est à partir de là que je me suis orienté vers la physique quantique, dont on parlait beaucoup quand je faisais mes études, dans les années 1990. J’étais intrigué par le fait que les lois physiques de l’infiniment petit (atomes, électrons, photons) sont complètement contre-intuitives par rapport à celles qui s’appliquent à notre échelle. L’optique est plus une affaire d’opportunités au gré des stages. Cela m’a plu et j’en ai fait mon sujet de thèse.

En quoi consistent vos recherches dans ce domaine ?

L’optique quantique, c’est d’abord de l’optique, c’est-à-dire l’étude de la lumière, comprendre ce qu’elle est, sa structure, comment elle fonctionne, comment elle interagit avec notre œil. C’est considérer qu’on ne peut décrire la lumière ni comme une onde, ni comme une particule. Aucune des deux descriptions ne fonctionne parce que selon le contexte, elle se comporte comme l’une ou l’autre. C’est un exemple d’objet qui n’a pas d’équivalent à notre échelle. La partie fondamentale de mon travail consiste à affiner les modèles décrivant la théorie de l’optique quantique pour essayer de mesurer des effets de plus en plus particuliers ou des prédictions de plus en plus originales et voir si peut les confronter à la réalité. L’autre partie est d’essayer de mettre en œuvre ces modèles pour en tirer des applications nouvelles à notre échelle, dans ce que l’on appelle le champ des technologies quantiques.

Vos travaux ont abouti à la création de l’entreprise Cailabs, lauréate 2013 du prix Jean Jerphagnon¹. Comment se traduisent vos recherches dans cette société ?

C’est une histoire plutôt sympathique parce qu’on aime bien dire que l’activité de l’entreprise n’a rien à voir avec la recherche fondamentale que l’on faisait à ce moment-là, si ce n’est qu’elle utilise un appareil que nous avons développé avec le doctorant qui la dirige aujourd’hui, pour nous aider dans nos recherches et qui s’est avéré pouvoir servir à d’autres choses. Le concept est de manipuler la lumière, la façonner pour ordonner la distribution des photons. En utilisant et manipulant, sans pertes, l’image que forme la lumière, il est possible de coder de l’information bien plus efficacement que dans une fibre optique classique. Nous avons développé des concepts et des façons de travailler et de regarder la lumière qui n’existaient pas et qui intéressent désormais d’autres secteurs. Les télécommunications, évidemment, mais aussi la métrologie, pour mesurer la distance entre deux sources lumineuses. Ce qui peut également avoir un intérêt en astronomie, pour discriminer deux astres dans un point lumineux, ou en microscopie, comme nous l’expérimentons en collaboration avec un laboratoire de Genève, pour distinguer des molécules marquées par des fluorophores et mesurer la distance qui les sépare. Un appareil comme celui de Cailabs permet des mesures de l’ordre de l’Angström². Tout un pan de notre recherche est consacré au développement d’applications qui ne sont pas quantique du tout. Et puis il y a les applications directes, celles qui nous servent au laboratoire dans l’orientation de nos recherches actuelles sur l’information quantique, base des ordinateurs de demain.

Depuis le 10 septembre 2021, vous codirigez le Quantum Information Center de Sorbonne Université (QICS), institut dédié à l’information quantique. Quels en sont les prérogatives ?

Je codirige le QICS avec Frédéric Grosshans (LIP6), qui est un chercheur en informatique quantique que je côtoie depuis plus de 20 ans. L’idée est de fédérer et d’animer la communauté quantique de Sorbonne Université autour d’un vrai projet scientifique. Nous avons choisi la codirection pour que les deux spécialités soient bien représentées, parce que lorsqu’on veut traiter de l’information quantique plus efficacement que ce que font les ordinateurs actuels, les deux sont nécessaires. Ensemble nous développons des techniques et des outils originaux afin de trouver des applications concrètes à l’information quantique, d’aider à la création de start-ups qui les utiliseront et de former des doctorants à ces enjeux. Bref, pour faire progresser le domaine du traitement de l’information quantique. C’est plutôt unique, peu de laboratoires dans le monde travaillent conjointement sur ces deux domaines. C’est un vrai renouveau de la façon d’aborder la recherche.

¹ Prix qui récompense un ou une chercheuse ou ingénieure qui propose un projet innovant dans le champ de l’optique et de la photonique

² 10^-10 mètre