Retour sur la réunion annuelle 2026 de MolQif

Le projet MolQif du PEPR Quantique a organisé ses journées annuelles les 9 et 10 février 2026 à l’École Polytechnique. Retour aujourd’hui sur cette première édition axée sur la formation, qui a rassemblé des chimistes, des physicien·nes, des théoricien·nes et des scientifiques des sciences quantiques.

Le format de cette année était centré sur des cours magistraux approfondis conçus pour permettre aux participant·es de différentes disciplines de s’aligner et d’établir une base scientifique commune.

Porté par Talal Mallah (Université Paris Saclay) et Grégory Nocton (École Polytechnique), MolQif vise à explorer le potentiel des complexes paramagnétiques pour jouer le rôle de bits quantiques basés sur le spin, robustes et à l’état solide pour le traitement quantique de l’information.

Résumé de la réunion annuelle

Le programme avancé de 16 heures dispensé par Alessandro Lunghi, Serge Gambarelli et Arzhang Ardavan a offert un aperçu complet des principes fondamentaux de la dynamique de spin et du traitement de l’information quantique à l’aide des spins moléculaires. Il a démarré avec le cadre théorique des matrices de densité, de la relaxation et de la décohérence, ainsi que des approches ab initio des systèmes quantiques ouverts, couvrant la théorie moderne T₁, le couplage spin-phonon et les stratégies chimiques pour contrôler la relaxation et le déphasage. La dimension expérimentale a présenté les techniques EPR pulsées : impulsions, échos, cycles de phase, mesures T₁ et T₂ avancées, découplage dynamique et détermination précise des interactions dipolaires et hyperfines à l’aide de méthodes telles que la résonance double électron-électron (DEER).

Le programme s’est conclu par un rapprochement entre la résonance magnétique et l’informatique quantique, la traduction des opérations qubit en langage spin, l’analyse des erreurs de porte, l’introduction des stratégies d’impulsions composites BB1 pour la tolérance aux pannes, la présentation du schéma Parma pour la correction active des erreurs et la mise en avant d’expériences récentes sur des plateformes qubit à spin électronique-nucléaire couplées, offrant une perspective intégrée allant de la théorie microscopique aux technologies quantiques.

Les 3 thèmes principaux du programme

Les fondements théoriques de la dynamique de spin et de la relaxation quantique dans les molécules, par Alessandro Lunghi, physicien au Trinity College Dublin

L’étude des ensembles de spins électroniques moléculaires à l’aide de techniques EPR pulsées, par Serge Gambarelli, chercheur CEA au SyMMES

L’informatique quantique et les protocoles de correction d’erreurs appliqués aux spins électroniques moléculaires, exploitant les spins nucléaires couplés, par Arzhang Ardavan, professeur de physique au Magdalen College de l’Université d’Oxford

Ensemble, ces cours ont permis de faire le lien entre la théorie, l’expérimentation et les applications de l’information quantique dans les systèmes de spin moléculaire.

Retrouvez le programme complet à ce lien

Cours avancé sur la dynamique de spin et la relaxation quantique

Concilier théorie, simulation et connaissances chimiques : vers une conception prédictive des matériaux quantiques.

La première session, menée par Alessandro Lunghi, a commencé par les bases : formalisme de la matrice de densité, états purs vs états mixtes, évolution temporelle, magnétisation et FID, suivis d’une approche phénoménologique de la relaxation et de la décohérence, puis d’une introduction à la théorie ab initio des systèmes quantiques ouverts (matrices de densité réduites, équations maîtresses sans convolution temporelle, approximation de Markov et cadre de Lindblad).

Le cœur du cours s’est concentré sur le temps de relaxation (T₁) : des travaux pionniers d’Ivar Waller, John Hasbrouck Van Vleck et Richard Orbach aux implémentations ab initio modernes. Parmi les sujets abordés, les hamiltoniens de spin, les phonons, le couplage spin-phonon et les mécanismes directs, Raman et Orbach dans les systèmes à spin 1/2 et à spin supérieur, ainsi que les applications aux défauts de l’état solide et aux stratégies chimiques pour régler la relaxation.

Le dernier sujet du cours était la décohérence : relaxation vs déphasage, flip-flops, simulations d’expansion de clusters de corrélation, interactions dipolaires (bains de spin électronique et nucléaire), déphasage induit par les phonons et principes de conception pour contrôler la cohérence.

Boîte à outils expérimentale de résonance de spin

De la conception des impulsions à l’analyse quantitative des couplages : transformer les expériences en connaissances microscopiques.

Le deuxième cours a débuté avec les impulsions, le FID, les échos et les principales séquences d’impulsions, en présentant le cycle de phase et les principes fondamentaux des mesures du temps de relaxation. À partir de là, ont été explorés l’ESEEM, la diffusion spectrale et la diffusion instantanée, puis les méthodes avancées de mesure de T₁ (récupération de saturation, hole burning) et T₂, y compris une introduction au découplage dynamique.

Par la suite, Serge Gambarelli a abordé l’extraction des interactions dans les systèmes complexes. Il a enfin expliqué comment mesurer les couplages dipolaires et hyperfins électroniques, en mettant particulièrement l’accent sur la résonance double électron-électron (DEER) pour des mesures précises de la distance dipolaire électron-électron.

Informatique quantique et protocoles de correction d’erreurs

De l’ingénierie des impulsions à la correction d’erreurs quantiques : faire le pont entre la résonance magnétique et l’informatique quantique.

Ce dernier module a établi un lien entre la résonance magnétique pulsée et la science de l’information quantique. Arzhang Ardavan a commencé par définir la terminologie et traduire les concepts de l’information quantique en langage spin : qubits, opérations de base et leur mise en œuvre à l’aide d’hamiltoniens multi-spins simples utilisant la résonance magnétique. Ont ensuite été explorées les erreurs de porte dans les rotations à qubit unique, et comment les séquences multi-impulsions permettent leur caractérisation précise. L’un des points forts est l’impulsion composite BB1, une stratégie puissante pour corriger les erreurs d’angle de rotation et illustrer la « tolérance aux pannes » en pratique. Arzhang Ardavan a dès lors comparé cela à la correction active des erreurs et présenté le schéma Parma pour les qubits.

En conclusion, il a évoqué une expérience récente démontrant ces idées à l’aide d’une plateforme couplée de spin électronique-nucléaire.