ERC « Starting Grant » 2022 : trois jeunes chercheurs CNRS lauréats, à Paris-Saclay

Ce que nous percevons n’est pas nécessairement ce que nous voyons. Notre cerveau est capable de contextualiser ce que nous voyons. Par exemple, la rétine peut être stimulée de la même manière lors d’un mouvement de la tête ou lorsqu’un objet se déplace autour de nous. Le cerveau doit ainsi avoir connaissance de nos déplacements pour pouvoir interpréter nos stimulations visuelles. Pour étudier ce phénomène, nous allons nous concentrer sur l’intégration de signaux venant de deux organes : les yeux, véritables caméras sur le monde, et l’oreille interne, semblable à un détecteur de mouvements de notre tête.

Chez les mammifères, il a été démontré que les mouvements de la tête modulent l’activité des neurones du cortex visuel primaire. Cela suggère que nos mouvements peuvent impacter notre perception visuelle dès la première étape de ce processus. En revanche, nous avons peu d’informations concernant les mécanismes d’intégration de ces deux signaux neuronaux, car l’essentiel de ces études ont été effectuées sur l’animal immobile.

Le projet ERC « SensoMotion » porté par Guy Bouvier vise à comprendre les circuits corticaux essentiels à la perception visuelle lorsque nous explorons notre environnement.

L’électrodynamique quantique (QED) est la théorie qui unifie l’électromagnétisme et la mécanique quantique pour décrire la façon dont la lumière et la matière interagissent. Elle est considérée comme l’une des théories démontrées expérimentalement avec le plus de précision, et a été nommée « le joyau de la physique » par Richard Feynman. Pourtant, lorsque les champs lumineux sont extrêmement intenses, cette théorie devient incertaine. Elle prédit même des phénomènes étonnants comme la création de matière directement dans le vide si la concentration d’énergie lumineuse est suffisante. Ces régimes hautement non linéaires n’ont jamais été atteints expérimentalement.

L’objectif d’EXAFIELD est de sonder pour la première fois ces régimes extrêmes en réalisant la collision d’un faisceau de lumière d’ultrahaute intensité avec des électrons relativistes (dont la vitesse est proche de celle de la lumière).

L’idée de ce projet est d’utiliser les faisceaux laser les plus puissants au monde, de plusieurs PetaWatts, et de booster leurs capacités en convertissant leur longueur d’onde de l’infrarouge à l’extrême ultraviolet (XUV) grâce à un plasma dense. Le faisceau XUV peut ensuite être focalisé sur des tailles beaucoup plus petites, permettant d’augmenter les intensités lumineuses par un facteur 1000. Grâce à cette technique, dite de boost de l’intensité laser par miroir plasma, les régimes hautement non linéaires de l’électrodynamique quantique vont pouvoir être atteints expérimentalement afin de tester ces prédictions pour la première fois depuis un siècle.

Les réseaux de neurones quantiques ont le potentiel d’atteindre des capacités de calcul sans précédent, ainsi que de reconnaître de manière efficace les états quantiques, tâche inaccessible aux ordinateurs classiques. Néanmoins, les approches existantes qui reposent sur leur implémentation avec des qubits sont limitées par la faible connectivité de ces derniers.

Le projet qDynnet de Danijela Marković adopte une nouvelle approche, qui utilise des oscillateurs quantiques couplés paramétriquement, à la place des qubits couplés physiquement. Ceci permettra d'obtenir des réseaux de neurones quantiques de taille, connectivité et accordabilité sans précédent. Pour ceci, les neurones sont implémentés comme des états de base d'un ensemble d’oscillateurs quantiques couplés, et les connexions entre les neurones comme des transitions entre ces états. Ces réseaux seront réalisés expérimentalement avec des circuits supraconducteurs et nous les utiliserons pour démontrer la reconnaissance automatique des états quantiques.

Le projet qDynnet permettra de comprendre la physique des connexions dynamiques et développera des nouvelles méthodes d’apprentissage dynamique, qui serviront à toute une nouvelle famille de réseaux quantiques dynamiques.