ERC : Antoine Tilloy lauréat

Antoine Tilloy, enseignant-chercheur du Centre Automatique et Systèmes (CAS Mines Paris - PSL) est lauréat d’une bourse de l’European Research Council (ERC) pour son projet « QFT.zip » : une méthode de réseaux de tenseurs appliquée à la théorie quantique des champs (ou Quantum field theory – QFT). Un succès pour Antoine Tilloy, dont les recherches seront financées à hauteur de 1,21 million d’euros.
Explications.

Antoine Tilloy, enseignant-chercheur à Mines Paris - PSL, est lauréat d'une bourse ERC pour ses recherches au sein de l'équipe Quantic.

Un nouveau talent au sein de l’équipe Quantic

C’est après son post-doctorat, réalisé en Allemagne au Max Planck Institute, qu’Antoine Tilloy a pris la décision de rejoindre le Centre Automatique et Systèmes de Mines Paris – PSL. « Le travail à Munich fut une expérience passionnante au terme de laquelle j’ai décidé de revenir en France, d’intégrer les Mines et l’équipe Quantic, portée aussi par l’Inria, l’ENS - PSL, Sorbonne Université et le CNRS, et dont le cœur des sujets correspond bien à mes travaux de thèse. De plus, je crois que l’expertise développée au Max Planck Institute nous permettra de mettre davantage de systèmes quantiques en interaction ».
Avec Pierre Rouchon et Zaki Leghtas, eux-mêmes lauréats ERC en 2019 et 2020, le CAS Mines Paris - PSL est particulièrement représenté au sein de l’équipe Quantic.

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Antoine Tilloy en 5 dates

2009 : intègre l’Ecole Polytechnique
2013 : décroche le master de physique théorique de l’ENS - PSL
2016 : soutient sa thèse à l’ENS - PSL, sous la direction de Denis Bernard (sur des questions liées à la mesure en mécanique quantique)
2016-2021 : mène un post-doctorat à l’Institut Max Planck d’optique quantique (Munich, Allemagne), avec Ignacio Cirac
2021 : intègre le Centre Automatique et Systèmes de Mines Paris - PSL et l’équipe Quantic

Les réseaux de tenseurs appliqués à la théorie quantique des champs

Au cœur des travaux d’Antoine, l’élaboration d’une méthode de compression des états quantiques capable de les représenter, avec moins de paramètres, et fondée sur les réseaux de tenseurs.
« La mécanique quantique est difficile à simuler. Décrire la configuration d’un système de particules quantiques, demande une mémoire qui croît. exponentiellement avec le nombre de particules, ce qui excède rapidement la capacité des supercalculateurs classiques », explique Antoine.
Or, un nombre de paramètres grand ou infini peut être comprimé en un petit nombre de paramètres par le biais des réseaux de tenseurs. Ces réseaux de tenseurs, des outils mathématiques qui s’appliquent historiquement à l’information quantique et à la matière condensée, permettent ainsi de partiellement contourner les ordinateurs quantiques et d’en comprendre les véritables apports, de les « benchmarker ». « Et par ailleurs, des ordinateurs classiques associés aux réseaux de tenseurs peuvent aussi résoudre des problèmes réels », pointe Antoine.
Appliquée à la physique des particules (mêlant petites échelles et hautes énergies), cette méthode pourrait permettre d’extraire des prédictions plus précises du modèle standard. Le but : confronter le modèle théorique avec les expérimentations réalisées au Cern. Y a-t-il des différences avec ce que l’on croit être vrai ?

Contribuer à résoudre des problèmes physiques utiles

« L’objectif de cette bourse ERC est donc le développement d’une méthode de calcul qui permettra d’obtenir, à partir de la théorie, des prédictions chiffrées », raconte Antoine. Et, selon lui, cette nouvelle méthode constitue ainsi une alternative intéressante à la méthode dite « de Monte Carlo : « celle-ci est en avance sur des modèles réalistes de physique des particules, mais manque toutefois de précision tout en mobilisant une part importante de la puissance de calcul mondiale », détaille Antoine.
Par ailleurs, les réseaux de tenseurs s’appliquent aussi à la physique à basse température, où ils permettront d’extraire rapidement des prédictions précises, permettant de confronter quantitativement expériences et modèles. La bourse ERC financera ainsi, autour d’Antoine Tilloy, une équipe de post doctorants et de thésards sur une période de 5 ans.