Pascale Senellart-Mardon : À la pointe de la deuxième révolution quantique

Pascale Senellart-Mardon est chercheuse en physique fondamentale, directrice de recherche au Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Université Paris-Saclay, Université Paris-Sud, CNRS) et enseignante à l’École polytechnique. En 2008, elle invente un procédé unique au monde qui permet de produire des composants optiques utiles au développement des technologies quantiques. Cette avancée scientifique lui vaut la médaille d’Argent du CNRS en 2014. Le succès des composants obtenus par la communauté scientifique la pousse à créer la start-up Quandela, lauréate du Grand prix i-Lab 2018, qui commercialise aujourd’hui des sources de photons uniques.

Pascale Senellart-Mardon doit sa vocation de chercheuse aux ingénieurs du Radiotéléscope de Nançay « qui ont planté en moi la graine de la recherche » dès le collège. « Originaire d’Orléans, je passais chaque week-end devant le site quand j’allais visiter mes grands-parents. J’y ai d’abord effectué mon stage de troisième, puis j’y ai été accueillie durant les vacances scolaires et ce jusqu’au bac ! » Elle est lauréate de la Bourse de la vocation scientifique et technique des filles, grâce à laquelle elle finance ses études à Paris, d’abord en classe préparatoire au lycée Louis le Grand, puis à l’École polytechnique.

Quinze ans de recherche

Pascale Senellart-Mardon soutient sa thèse de physique quantique en 2001 et entre au CNRS un an après. La jeune chercheuse utilise les outils des nanotechnologies pour tenter de transposer les effets de physique atomique dans des semi-conducteurs*. « Nous savions qu’une boîte quantique - un atome artificiel - pouvait émettre des photons à part, mais pour fabriquer une source de lumière utile aux technologies quantiques, il fallait d’une part s’affranchir du « bruit » de son environnement pour obtenir un système très pur, et d’autre part effacer son caractère aléatoire.

Le déclic

La chercheuse invente une technique pour se libérer du caractère aléatoire des atomes artificiels. En 2005, elle a l’idée de fabriquer une « cavité optique » autour de chacun d’eux, en utilisant un laser focalisé « pour mesurer optiquement la position de l’atome en même temps que réaliser la lithographie, à - 260 ° ! ». Encouragée par son chef de groupe et après des mois de mise au point en salle blanche, Pascale Senellart-Mardon voit ses efforts récompensés fin 2007. Un moment « magnifique ». Grâce à cette technique, son équipe fabrique ensuite la source de photons intriqués la plus efficace au monde. Paru en 2010, l’article de Nature a depuis été cité plus de 500 fois.

Générer de la lumière quantique

En 2015, tout bascule, une deuxième fois. « Avec Valérian Giez et Nicolo Somaschi, respectivement en thèse et en post-doc, nous perfectionnions la technologie jusqu’à une pureté quantique proche de 100 % », se souvient la chercheuse. Très sollicitée par les chercheurs du monde entier désireux d’obtenir ses sources optiques, la petite équipe co-fonde Quandela, qui compte aujourd’hui six salariés. « Cette start-up est la seule qui fabrique les sources de lumière quantique de manière reproductible », précise Pascale Senellart-Mardon. Aujourd’hui, elle lui consacre  20 % de son temps en tant que conseillère scientifique, mais demeure avant tout une chercheuse. Avec son équipe au Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Université Paris-Saclay, Université Paris-Sud, CNRS), elle combine ses recherches en physique quantique avec le développement de composants optiques utiles aux applications. « Les chercheurs et les ingénieurs avec qui nous collaborons s’intéressent à l’ordinateur quantique optique, aux réseaux de communication ou aux relais quantiques. »

Un monde nouveau

« Les technologies quantiques sont en pleine effervescence dans le monde entier, on parle de deuxième révolution industrielle, analyse Pascale Senellart-Mardon, à qui la présidente de l’Université Paris-Saclay vient de confier la mission de structurer toutes les forces du quantique sur le plateau de Saclay. « La Chine a son satellite quantique, les géants américains font la course à l’ordinateur quantique. Nous devons aider la communauté scientifique française à s’adapter à la concurrence internationale : il existe des pépites quantiques dans les laboratoires académiques qui ne demandent qu’à être valorisées », affirme-t-elle.

Chercheuse, entrepreneuse, chargée de mission, Pascale Senellart-Mardon est animée d’un dynamisme communicatif, consciente de vivre « une aventure extraordinairement stimulante ».

*Pascale Senellart-Mardon cherche à implémenter deux concepts clés de la seconde révolution quantique dans des composants semi-conducteurs.

Le premier est la superposition, l’idée qu’une particule en mécanique quantique (qui est aussi une onde) va pouvoir emprunter plusieurs chemins en parallèle.

Le second est l’intrication. « Prenez deux photons et mettez- les dans un état intriqué. Je les sépare ensuite : j’en envoie un à Paris et l’autre à Toulouse. Si je fais une mesure à Paris, j’aurais instantanément la même à Toulouse. Ce sont donc deux particules au destin parfaitement corrélé.