Entretien avec le Dr. Erika Kawakami, chercheuse en informatique quantique

Publié par l’Ambassade de France au Japon, “Portraits de femmes en sciences” (février 2023)

Le Dr Erika Kawakami a obtenu son diplôme d’ingénieur de l’École Centrale Marseille, en France, et son Master de l’Université de Keio, au Japon, dans le cadre du programme de double diplôme entre ces deux institutions. Elle a ensuite effectué un doctorat à l’Université de technologie de Delft (Pays-Bas) durant lequel elle a travaillé à la réalisation d’un ordinateur quantique. Après l’obtention de son doctorat en 2016, elle est retournée au Japon et a continué ses recherches en informatique quantique en tant que chercheuse postdoctorale à l’Okinawa Institute of Science and Technology (OIST). En septembre 2020 elle a rejoint le RIKEN pour y lancer son propre laboratoire.

Pouvez-vous nous présenter les grandes lignes de votre parcours académique et professionnel ?

J’ai étudié la physique à l’université de Keio et, n’ayant quasiment jamais voyagé hors du Japon, j’avais très envie de partir étudier à l’étranger. J’ai découvert que Keio avait un programme de double diplôme avec les Ecoles Centrales en France j’ai décidé de candidater. J’avais déjà étudié le français à l’université au Japon pendant deux ans et juste avant le début de ma scolarité à l’Ecole Centrale Marseille, j’ai suivi un cours intensif de deux mois à Vichy. Malheureusement, même avec cela il était difficile au début de suivre les discussions techniques en français. Tous les cours étant donné dans cette langue, j’ai dû étudier le français en plus des matières liées à mon master. J’ai eu beaucoup de difficultés car c’était ma première expérience à l’étranger, loin de ma famille et de mes amis. J’ai eu des moments difficiles mais je suis persuadée que cette expérience m’a rendu plus forte. Mon année en France a été précieuse et je suis extrêmement reconnaissante pour toute l’aide que les français m’ont apportée. C’est toujours épanouissant de s’immerger dans de nouvelles cultures, mais la culture française à particulièrement résonné avec moi.

En 2009, grâce à un professeur de physique de Centrale Marseille, j’ai participé à un stage sur la théorie de l’information quantique à l’Université de Florence en Italie, ce qui a été ma première expérience de recherche.

Je suis ensuite retournée au Japon pour terminer mon master avec l’idée de continuer dans le monde de la recherche. Lorsque j’ai demandé à un étudiant en doctorat quelle était l’expérience actuelle la plus prometteuse sur le calcul quantique, il m’a montré l’un des articles du Dr. Vandersypen (Vandersypen et al., 2001). J’ai trouvé sa thèse de doctorat et j’y ai appris quelques bases de l’informatique quantique. J’ai étudié les codes Matlab dans l’annexe de sa thèse et les ai adoptés pour simuler le mécanisme de décohérence dans mon propre système.

Un an plus tard, j’ai obtenu une bourse de la fondation de recherche japonaise Nakajima pour des études doctorales à l’étranger. Grâce à la richesse de mon expérience en France, j’ai souhaité me tourner vers l’Europe. Après avoir fait des recherches sur plusieurs pays européens, j’ai découvert que le professeur Vandersypen se trouvait alors à Delft, aux Pays-Bas, et j’ai compris qu’il commençait un nouveau projet en informatique quantique. A partir de ce moment-là, il m’a fallu 2 semaines pour rédiger un mail demandant un poste de doctorante : je doutais qu’un professeur prenne au sérieux une étudiante inconnue dans un pays lointain. Je me suis rendu à Delft pour un entretien une semaine après le tremblement de terre du 11 mars 2011 au Japon.

Si je n’avais pas étudié en France, je n’aurais pas poursuivi mon doctorat aux Pays-Bas et je n’aurais pas autant de recherches collaboratives internationales aujourd’hui. C’était vraiment le point de départ de ma carrière.

Qu’est-ce que l’informatique Quantique ?

Les composants des ordinateurs actuels (les bits classiques) ont deux états (0 et 1), or le qubit n’est pas limitée aux états 0 ou 1 mais peut-être dans plusieurs états simultanément.

L’informatique quantique exploite l’état caractéristique des phénomènes quantiques appelés la superposition et l’intrication quantique :

Superposition : l’état quantique peut avoir simultanément deux états.
Intrication : En 1982, l’équipe dirigée par le physicien français Alain Aspect démontre expérimentalement la réalité de l’intrication quantique. Par ce phénomène physique, proposé théoriquement dans le courant des années 1930 par Erwin Schrödinger et Albert Einstein, deux particules présentent des états quantiques dépendant l’un de l’autre, et ce quelle que soit la distance qui les sépare.

L’état quantique d’un qubit peut être obtenu à partir de différents types de particules (comme des électrons dans le cas du Dr. Kawakami).

Quelles sont vos thématiques de recherche principales ?

Je suis physicienne expérimentale et je travaille à la réalisation d’un ordinateur quantique. Plus précisément, j’étudie les électrons sur hélium. Notre objectif est de réaliser des bits quantiques (ou qubits) fiables et à longue durée de vie à partir de ce système.

Bien que la réalisation des électrons sur hélium soit prometteuse pour la fabrication de qubits en théorie, il est difficile de réaliser des expériences sur ce système. L’une des principales difficultés est la lecture de l’état quantique. En 2019, alors que j’étais postdoc à Okinawa, nous avons découvert un moyen de mesurer l’état quantique, ce qui nous rapproche encore plus de la réalisation d’un ordinateur quantique utilisant cette méthode.

Pourquoi vous concentrer sur ces sujets de recherche ?

Depuis que je suis lycéenne, je suis fascinée par la façon dont la physique décrit le monde. Certaines lois de la physique semblent incompatibles avec la façon dont nous donnons un sens à l’univers dans notre vie quotidienne, mais elles expliquent en fait le monde de façon étonnante. En mécanique quantique, un objet peut posséder une superposition de deux états et les états changent sous l’effet des mesures. Chaque fois que je rencontre des résultats expérimentaux qui ne peuvent être expliqués que par cet aspect étrange de la mécanique quantique, cela me rappelle toujours à quel point notre perception de l’univers est peu fiable et combien il est important de penser et d’agir de manière scientifique. J’aimerais créer une nouvelle technologie qui puisse profiter à notre société en utilisant cet aspect étrange de la mécanique quantique.

Je pense que les technologies ont atteint le point où nous pouvons viser la réalisation d’un ordinateur quantique. Par exemple, conformément à la loi de Moore, la taille des transistors a diminué au fil du temps. Aujourd’hui, elle est si petite que nous ne pouvons ignorer l’effet quantique et il semble donc naturel de travailler sur les technologies quantiques. Après avoir réalisé un ordinateur quantique, nous pourrons l’utiliser pour faire de nouvelles découvertes en physique !

Quels messages voudriez-vous faire passer aux jeunes qui souhaiteraient suivre un parcours similaire ?

Je voudrais que les jeunes suivent leur propre instinct et n’écoutent pas trop les conseils des aînés.

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