Nicolas Sangouard, lauréat du prix Charpak-Ritz 2025

Depuis 2016, le prix Charpak-Ritz est décerné conjointement par la Société Française de Physique et la Société Suisse de Physique à un physicien ou à une équipe pour des contributions exceptionnelles à la physique ou à son développement

(English version below)


Le prix 2025 est décerné à Nicolas Sangouard pour ses contributions théoriques à l'optique quantique et à l'information quantique, qui ont ouvert la voie à des expériences révolutionnaires dans le domaine des communications quantiques et du calcul quantique.

Fort des connaissances sur l'interaction lumière-matière acquises lors de son doctorat à l'Université de Bourgogne, Nicolas Sangouard a commencé en 2004, d'abord à Kaiserslautern puis à Genève, à travailler sur le stockage de la lumière dans des ensembles atomiques. Il a notamment fourni des descriptions rigoureuses de la manière dont des photons uniques peuvent être stockés dans des systèmes à l'état solide et a montré comment des quantités accessibles expérimentalement influencent l'efficacité et la fidélité du stockage. Ces contributions ont ouvert la voie à des expériences pionnières de stockage de photons dans des systèmes à l'état solide, comme les toutes premières expériences démontrant de l'intrication entre un photon et un ensemble atomique à l'état solide ou entre deux ensembles atomiques à l'état solide.

Cela l'a amené à explorer, à partir de 2007, les applications de ces mémoires photoniques dans le cadre des communications quantiques. Il a proposé des architectures, qui sont actuellement les plus efficaces, pour réaliser des réseaux quantiques avec des mémoires photoniques basées sur des ensembles d'atomes. Ces architectures, ainsi que les estimations précises des ressources nécessaires à leurs constructions, ont contribué de manière significative à l'émergence d'activités expérimentales sur les réseaux quantiques, qui sont aujourd'hui au cœur de nombreux programmes de recherche nationaux et internationaux. En 2014, Nicolas Sangouard a rejoint certains de ces projets en établissant un groupe de recherche indépendant à Bâle en tant que professeur du FNS. Grâce à ces projets, il a développé des modèles théoriques des interfaces lumière-matière avec une précision sans précédent, offrant un soutien précieux pour des avancées expérimentales dans le cadre des réseaux quantiques à travers diverses plateformes physiques, comme des solides dopés aux terres rares, des cristaux de diamant, des ions piégés, des boites quantiques et des qubits supraconducteurs.

Depuis 2010, Nicolas Sangouard étudie aussi l’intérêt de ces réseaux quantiques pour sécuriser l’échange de données numériques sensibles. Après des années de travail, son groupe et lui ont rassemblé les outils mathématiques nécessaires pour distribuer des clés avec des garanties de sécurité indépendantes de toute hypothèse sur le fonctionnement interne des dispositifs utilisés pour produire ces clés. C'est ainsi qu'a été réalisée la première et unique expérience de distribution quantique de clés indépendante des dispositifs.

Depuis 2019, Nicolas Sangouard est directeur de recherche CEA à l'Institut de Physique Théorique de Paris-Saclay. Avec son groupe, il a mis en évidence l'importance de l'intégration d'une mémoire quantique dans les architectures de calcul quantique. Ce travail a démontré que cette intégration réduit considérablement le nombre de qubits nécessaires à l'exécution d'algorithmes à grande échelle, atteignant des réductions de plusieurs ordres de grandeur par rapport aux architectures standard sans mémoire quantique. Ce résultat pourrait constituer une étape décisive vers la réalisation du premier ordinateur quantique à grande échelle.

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Since 2016, the Charpak-Ritz price is jointly delivered by the Société Française de Physique and the Société Suisse de Physique to a physicist or a team for outstanding contributions to physics or its development

The 2025 price is awarded to Nicolas Sangouard for his theoretical contributions to quantum optics and quantum information opening the way to groundbreaking experiments in quantum communication and computing.

With the background he learnt during his PhD at Université de Bourgogne on light-matter interaction, Nicolas Sangouard started in 2004, first at Kaiserslautern and then in Geneva, to work on efficient ways to store quantum light in atomic ensembles. He provided in particular rigorous descriptions of how single photons can be stored in solid-state systems and showed how experimentally accessible quantities influence the storage efficiency and fidelity. These contributions paved the way for pioneer photon storage experiments in solid-state systems including the very first experiments reporting on entanglement between a photon and a solid-state atomic ensemble or between two solid-state atomic ensembles.

This led him to explore the applications of quantum memories in quantum communication from 2007. He proposed what are currently the most efficient architectures for realizing quantum networks with atomic-ensemble-based photon memories. These architectures, together with their accurate resource estimations, significantly contributed to the emergence of experimental activities on quantum networks, which is nowadays at the core of many national and international research programs. In 2014, Nicolas Sangouard joined some of these projects as he established an independent research group in Basel as a SNF professor. Through these projects, he developed theoretical models of light-matter interfaces with unprecedented precision, offering valuable support for experimental advancements in quantum networks across diverse physical platforms, including rare-earth-doped solids, diamond crystals, trapped ions, quantum dots, and superconducting qubits.

Starting from 2010, Nicolas Sangouard also investigated the applications of quantum networks for secure communications. After years of work, his group and him put together all the mathematical tools needed for making possible a demonstration of quantum key distribution with security guarantees independent of any assumptions on the internal functioning of devices used to produce the key. This led to the first and only experiment reporting on device-independent quantum key distribution.

Since 2019, Nicolas Sangouard is a CEA Senior Researcher at the Institut de Physique Théorique in Paris-Saclay. Together with his group, they highlighted the importance of integrating a quantum memory into quantum computing architectures. They demonstrated that this integration significantly reduces the number of processing qubits required to execute large-scale algorithms, achieving reductions by several orders of magnitude compared to standard architectures without quantum memory. This achievement could represent a pivotal step toward realizing the first large-scale quantum computer.

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