Sinda Mejri, de l'ESA, parle de son amour pour la physique, de l'initiative transversale de technologie quantique de l'ESA et de la manière dont l'espace pourrait être la dernière frontière de l'innovation quantique.
« J'ai toujours aimé la physique pour la façon dont elle explique le monde qui m'entoure », a expliqué Sinda Mejri, coordinatrice principale de l'Initiative transversale sur la technologie quantique de l'Agence spatiale européenne (ESA).
Elle a déclaré : « Ce qui me fascine le plus, c’est la façon dont les atomes, et en particulier les atomes froids, peuvent devenir des instruments extraordinairement précis, capables de mesurer et de quantifier des choses qui semblent presque mystérieuses, comme le temps et la gravité.
« Parce que chaque atome du même type est identique, les atomes constituent des points de référence parfaits ; les horloges atomiques mesurent le temps et les capteurs basés sur les atomes mesurent la gravité. Cette fascination m'a conduit à un doctorat en synchronisation précise, en travaillant sur des horloges à réseau optique. »
Ce sont des horloges atomiques ultra-précises qui utilisent des lasers comme moyen de piéger les atomes, mesurant les vibrations naturelles et rapides et leur permettant de suivre le temps beaucoup plus efficacement qu'une horloge atomique ordinaire.
Suite à son doctorat, Mejri a acquis une expérience significative auprès de plusieurs agences spatiales nationales et dans l'industrie avant de rejoindre l'ESAoù elle a travaillé sur les communications optiques et sur les horloges atomiques qui maintiennent la synchronisation des stations au sol dans l'espace lointain.
Elle a déclaré : « Aujourd'hui, à l'ESTEC (Centre européen de recherche et de technologie spatiales) aux Pays-Bas, je coordonne les activités quantiques de l'agence. Ma motivation n'a pas changé : fabriquer des instruments quantiques pour servir les applications spatiales sous tous leurs aspects, depuis la synchronisation et la navigation jusqu'à la détection, la communication sécurisée et l'informatique quantique. »
Initiative transversale de l'ESA sur la technologie quantique
Mejri a expliqué que les technologies quantiques « exploitent efficacement les règles du très petit » comme moyen d'accomplir des tâches que les appareils classiques ne peuvent tout simplement pas, comme la création « d'horloges qui mesurent l'heure à la seconde près sur des milliards d'années, de capteurs qui détectent d'infimes changements dans la gravité terrestre et de liaisons de communication où toute écoute laisse une trace ».
Elle a ajouté : « À l'ESA, le travail quantique se déroule dans de nombreux endroits à la fois, dans les télécommunications, la navigation, l'observation de la Terre, la science et l'exploration. L'initiative transversale est le fil qui les relie tous.
« Considérez-le comme une plateforme. Nous cartographions ce que fait chaque équipe, identifions les éléments de base communs tels que les lasers, les détecteurs à photon unique et les sources atomiques, évitons les duplications et construisons une feuille de route commune, afin qu'une avancée dans un domaine profite à tous les autres. »
Cette initiative, a-t-elle expliqué, permet aux technologies quantiques de dépasser les limites organisationnelles, notamment en ce qui concerne le contrôle des coûts et la gestion des ressources.
Prenons par exemple l'utilisation d'un capteur à atomes froids, qui peut être utilisé dans un large éventail d'applications, telles que les missions gravitationnelles, les systèmes de navigation et les expériences de physique fondamentale. Mais si les projets sont divisés et perdent leur coordination, chaque groupe « risque financer sa propre versionl’industrie reçoit des signaux mitigés et des résultats prometteurs stagnent entre le laboratoire et le vol ».
Elle a ajouté : « L’initiative donne à l’ESA une approche unique et cohérente du quantique : une stratégie, une feuille de route et une porte d’entrée unique pour l’industrie, le monde universitaire et les partenaires tels que la Commission européenne. »
À l'infini et au-delà
Actuellement, entre autres responsabilités, l'ESA se concentre sur les communications sécurisées et contribue à la construction d'EuroQCI, un réseau de communication ultra-sécurisé auquel les 27 pays de l'UE, dont l'Irlande, ont adhéré.
Elle a déclaré : « L’ESA est à la tête du secteur spatial grâce à son programme SAGA, en utilisant des satellites pour envoyer des clés de cryptage quantique sur des distances trop longues pour les câbles à fibre optique. »
L'organisation travaille également sur la technologie de chronométrage, en particulier les Aces, qui sont un ensemble d'horloges très précises qui ont été envoyées à la Station spatiale internationale en 2025 et sont utilisées pour comparer le temps en orbite avec les horloges basées sur Terre.
« L'ESA s'appuie désormais sur cela pour développer des horloges encore plus précises et des moyens de partager l'heure exacte, ce qui pourrait améliorer les futurs services de navigation et de chronométrage. »
De plus, l’ESA se concentre sur les capteurs quantiques utilisant des atomes surfondus pour mesurer avec précision la gravité. Elle a déclaré : « Depuis l’espace, cela pourrait aider à suivre les changements dans les eaux souterraines, la fonte des glaces et l’élévation du niveau de la mer. »
Mais comment la recherche et les innovations actuelles pourraient-elles se traduire par de futures applications en orbite ?
Mejri a déclaré : « Le changement est bien réel. Il y a 10 ans, bon nombre de ces technologies n'existaient que sur des tables optiques de laboratoire. Aujourd'hui, les entreprises européennes construisent des systèmes compacts de distribution de clés quantiques, des horloges optiques transportables et des gravimètres prêts à l'emploi.
« L'espace ajoute une étape finale exigeante ; les instruments doivent survivre au lancement, aux radiations et aux variations de température, fonctionner de manière autonome pendant des années et respecter des limites strictes en matière de masse et de puissance. Notre travail vise à combler cet écart grâce à des modèles d'ingénierie, des bancs d'essai au sol et, surtout, des démonstrations en orbite. »
Il reste cependant des défis à relever, peut-être étonnamment, principalement dans les domaines de l’ingénierie et de l’industrie plutôt que dans les domaines scientifiques.
Elle a déclaré : « Nous avons besoin de composants qualifiés pour l'espace, tels que des lasers à largeur de raie étroite, des détecteurs à photon unique et des systèmes de vide compacts, construits en Europe afin de ne pas dépendre de une poignée de fournisseurs non européens. Nous avons besoin d’une continuité de financement, car les projets peuvent stagner entre un prototype réussi et un produit qualifié.
« Et nous avons besoin de personnes possédant des compétences hybrides. Pourtant, les opportunités dépassent de loin les défis.
« La synchronisation quantique pourrait rendre la navigation moins vulnérable au brouillage et à l'usurpation d'identité, la détection quantique pourrait fournir de nouvelles données climatiques et la communication quantique pourrait aider à protéger les infrastructures critiques de l'Europe. Pour un continent en quête de souveraineté technologique, il s'agit d'un prix stratégique. »
