« Topaze » : un nouveau calculateur au CCRT, co-conçu par Atos et le CEA, pour relever les défis du calcul haute performance et du traitement de données

Le CEA et ses partenaires du Centre de calcul recherche et technologie (CCRT) ont investi dans un nouveau supercalculateur, nommé « Topaze », basé sur la solution BullSequana XH2000 d’Atos et installé dans le Très grand centre de calcul du CEA (TGCC[1]) à Bruyères-le-Châtel en Essonne. Il sera ouvert aux premiers utilisateurs fin juin 2021 pour démarrer la phase de « grands challenges » correspondant à des simulations de très grande ampleur.
PUBLIÉ LE 23 JUIN 2021
         
Acquis suite à un appel d’offres, « Topaze » fait partie de la gamme de supercalculateurs HPC d’Atos, issus de la R&D menée conjointement par Atos et la Direction des applications militaires (DAM) du CEA. Il dispose d’une puissance de calcul crête de l’ordre de 8,8  petaflops[2].
Ce nouveau calculateur comprend une partition généraliste de 864 nœuds équipés des derniers processeurs AMD EPYC Milan 7763, une partition accélérée de 48 nœuds s’appuyant sur des processeurs Nvidia A100 ainsi que 4 nœuds de très grande mémoire. Un système de stockage DDN[3]  disposant d’une capacité d’environ 3 petaoctets et d’une bande passante de 280 gigaoctets/s vient compléter la partie calcul.

           Pour lire la suite consulter  le LIEN

            DOCUMENT      cea       LIEN

plutonium
(de la planète Pluton)

Consulter aussi dans le dictionnaire : plutonium
Élément chimique (Pu) de numéro atomique 94, dont on connaît une quinzaine d'isotopes, tous radioactifs.
PHYSIQUE
Le plutonium 239, élément radioactif de période 24 390 ans, a été obtenu en 1941 par G. T. Seaborg et E. M. McMillan, en bombardant de l'uranium 238 avec des neutrons, ce qui produit une réaction donnant successivement de l'uranium 239, du neptunium 239 et du plutonium 239. Aisément fissile, il est utilisé dans les centrales nucléaires (combustible mox) et dans l'armement nucléaire. Le plutonium récupéré après retraitement des combustibles usés peut être utilisé soit comme combustible dans certains réacteurs (mélangé à de l'uranium appauvri), soit, sous certaines conditions de combustion de l'uranium enrichi en réacteur, pour réaliser des explosifs nucléaires.
MÉDECINE
La toxicité du plutonium est extrême, puisque sa dose létale est de l'ordre du microgramme.
L'utilisation du plutonium dans les installations nucléaires civiles et militaires expose au risque de contamination en cas d'accident. La contamination par inhalation d'oxyde de plutonium est la plus dangereuse car elle entraîne la fixation de ce corps dans le tissu pulmonaire. Elle nécessite un traitement immédiat, fondé sur l'administration, par inhalation et par injection intraveineuse, d'acide diéthylène-triamino-pentacétique (DTPA). Cette substance forme avec le plutonium un complexe, qui est éliminé dans les urines.
Le plutonium 238 est utilisé dans certains stimulateurs cardiaques.

Pour  lire  la  suite, consulter  le  LIEN

    DOCUMENT   larousse.fr    LIEN
 

Les capteurs quantiques, des instruments de mesure à la précision inégalée

Si l’ordinateur quantique fait aujourd’hui figure de Graal à atteindre dans le domaine du quantique, il existe une autre branche beaucoup plus avancée qui exploite les mêmes propriétés : celle des capteurs quantiques. Ces derniers font d’ailleurs partie des solutions technologiques clés dans la quête de l’ordinateur quantique, pour détecter l’information encodée, mais pas seulement : prévision des séismes, sondage des sous-sols, télécommunications, mesures ultra-sensibles de champ électrique et magnétique, etc., leurs applications sont multiples. Explications.

PUBLIÉ LE 31 MARS 2022
    
Qu’est-ce qu’un capteur quantique ?
« Un capteur, par définition, est un outil qui permet de mesurer une ou plusieurs grandeurs physiques, explique Preden Roulleau, directeur de recherche au CEA-Iramis. Ils sont dits "quantiques" lorsqu’ils utilisent pour fonctionner des propriétés quantiques, comme le principe de superposition, l’interférence quantique ou l'intrication de leurs états quantiques ». Ces capteurs peuvent contenir différents types de particules (photons ou électrons), ou des atomes, que les physiciens sont capables de placer dans un état quantique donné. Ce dernier a la particularité d’être extrêmement sensible : la moindre perturbation dans l’environnement qui l’entoure peut l'altérer. D’où la précision et la sensibilité inégalée de ces capteurs.
Depuis quand cette idée de capteur quantique est-elle développée ?
L’origine des capteurs quantiques est assez ancienne : en effet, dès les années 1950, les horloges atomiques ont démontré l’intérêt de l’utilisation d’un système quantifié et parfaitement reproductible pour la réalisation des étalons de fréquence - une propriété à l’origine de la redéfinition de la seconde à partir d’une transition de l’atome de césium. Aujourd’hui, les horloges atomiques permettent de réaliser et de garder synchrones l’ensemble des échelles de temps réalisées dans le monde.

L'horloge atomique à fontaine d'atomes de Césium NIST-F1. Cette horloge est l'étalon primaire de temps et de fréquence des États-Unis, avec une incertitude de 5.10-16 (en 2005). © Domaine public

Quelles sont les applications de ces capteurs ultra sensibles ?
Du développement des horloges atomiques ont découlé de nombreuses applications dans les domaines des télécommunications, des transports, de la certification des transactions et bien sûr des systèmes de positionnement par satellite.
Par ailleurs, de nouveaux types de capteurs sont aussi issus de ces premières horloges : les capteurs à atomes froids, ou interféromètres. Leurs applications sont multiples : les gravimètres (mesurant la gravité) peuvent servir à prévoir les séismes ou prospecter les sous-sols. Certains sont d’ailleurs déjà commercialisés par la société française Muquans (la première et la seule entreprise au monde à le faire), qui fabrique des gravimètres utilisés pour sonder le sol, et détecter par exemple la formation d’une poche de magma dans un volcan. Les accéléromètres (qui mesurent l’accélération) peuvent être utilisés dans la mise au point de systèmes de navigation autonomes.
D’autres capteurs, fonctionnant grâce à un défaut contenu dans un cristal de diamant (le centre NV* du diamant), sont eux capables de « mesurer des champs magnétiques avec une résolution spatiale exceptionnelle, puisqu’on peut s’approcher extrêmement près d’une source de champ magnétique, à quelques nanomètres », souligne Patrice Bertet, chercheur au CEA-Iramis. Ils sont notamment utilisés pour caractériser les propriétés magnétiques de certains matériaux. Ces capteurs ont aussi l’immense avantage de pouvoir être utilisés dans des conditions de pression et de température ambiantes, ce qui facilite et élargit leur utilisation.

S’ils sont les plus développés actuellement, les interféromètres et les capteurs à diamant à centre NV ne sont pas les seuls types de capteurs quantiques existants. « Les propriétés quantiques de la lumière peuvent aussi être mises à profit pour améliorer la performance d’un interféromètre, explique Patrice Bertet. Les états quantiques « comprimés » sont notamment mis en œuvre depuis deux ans dans Lirgo et Virgo, les deux interféromètres à ondes gravitationnelles ». Une véritable prouesse car ces capteurs ont permis de détecter pour la première fois, en 2015, des ondes jusqu’alors restées indétectables, issues de la violente coalescence de deux trous noirs situés à 1,3 milliard d’années-lumière de la Terre.

Il existe également des capteurs reposant sur des circuits supraconducteurs, développés notamment par Patrice Bertet et son équipe. « Avec ces capteurs, nous effectuons de la détection ultra-sensible de la résonance magnétique, avec une sensibilité allant à quelques dizaines de spin et que nous espérons pousser au spin unique dans un avenir proche. Enfin, certains des capteurs développés au CEA sont autant de briques qui pourront un jour, en répondant à certains défis posés dans le cadre du traitement quantique de l’information, contribuer à la construction d'un ordinateur quantique.
MAG4HEALTH : DES CAPTEURS QUANTIQUES AU SERVICE DE L’IMAGERIE MÉDICALE DE POINTE
Créée tout récemment en 2021, la start-up Mag4Health issue du CEA-Leti a mis au point, à partir de capteurs quantiques développés au CEA-Leti, une nouvelle génération de magnétoencéphalographes (MEG) fonctionnant à température ambiante. La magnétoencéphalographie ou MEG est une méthode de neuro-imagerie qui consiste à enregistrer, en temps réel, l’activité électromagnétique du cerveau, améliorant ainsi le diagnostic de certaines maladies neuronales. On compte aujourd’hui une centaine de dispositifs MEG en milieu hospitalier du fait de leur coût, jusqu’à 2,5 millions d’euros l’unité, mais aussi de leur poids, plus de 5 tonnes. Mag4Health entend révolutionner l’accès à la MEG avec l’introduction d’un dispositif non invasif, cinq fois moins cher et pesant 300 kg environ. Cette démocratisation devrait permettre de faire émerger de nouveaux usages cliniques, tels que la rééducation après un AVC ou encore le diagnostic précoce de la maladie d'Alzheimer. La start-up déploie depuis 2021 ses prototypes à base de capteurs quantiques en milieu CHU.
Comment fonctionnent ces capteurs quantiques ?
Dans le cas des diamants à centre NV, on utilise un défaut contenu dans des diamants de synthèse – un atome d’azote et une lacune, qui remplacent un atome de carbone. Ce défaut, soumis à un laser, émet une lumière dont l’intensité dépend de l’état de spin des électrons qui l’entourent – un état de spin étant un état de rotation de l’électron purement quantique et sensible au champ magnétique. Ainsi, en présence d’un champ magnétique extérieur, ces états de spin vont se modifier, et modifier l’intensité de la lumière émise par le défaut. C’est comme cela que l’on peut remonter de manière très précise à la valeur du champ magnétique.
Les interféromètres fonctionnent un peu différemment : on utilise des atomes refroidis par laser à des températures très basses (à quelques microkelvins du zéro absolu, soit -273,15°C), ce qui a pour conséquence de les ralentir (leur vitesse s’approche de zéro). Cette faible vitesse des atomes refroidis permet de mesurer de manière extrêmement précise les forces auxquelles ils sont soumis. « Les interféromètres ainsi obtenus sont très sensibles à la rotation, à la gravité et à l’accélération », indique Patrice Bertet.


Quels sont les enjeux de R&D autour des capteurs quantiques ?
La très grande sensibilité des capteurs quantiques va de pair avec une très grande fragilité face aux sources de décohérence, ce qui explique que l’utilisation de la plupart de ces capteurs reste aujourd’hui encore limitée à des marchés très spécifiques. Les enjeux de R&D affirmés dans la stratégie nationale sur les technologies quantiques consisteront à consolider la position de la France sur les capteurs à atomes froids et à développer la prochaine génération de senseurs inertiels, de capteurs magnétiques et d’horloges atomiques.


En particulier, pour les capteurs quantiques développés au CEA, les axes de recherche consistent d’une part à explorer des systèmes qui permettraient de s'affranchir de la contrainte des très basses températures et d’autre part à développer la réalisation des circuits à plus grande échelle que l’échelle du laboratoire. Des pas se font dans ce sens, avec par exemple la réalisation d'un Qubit silicium au CEA-Leti, à Grenoble en 2016 - la technologie silicium très bien maitrisée pouvant permettre une réalisation plus aisée des circuits et faciliter le passage à l’échelle. La recherche se poursuit dans le cadre notamment du projet ERC Synergy QuCube, mené par des chercheurs du CEA et du CNRS, et du projet H2020 QLSI piloté par le CEA-Leti. Le plan quantique national offre à QuantAlps de belles opportunités dans le domaine avec des très beaux projets instruits dans le cadre du PEPR qui vont démarrer prochainement.

   DOCUMENT      cea       LIEN

Qu’est-ce que le boson de Higgs ?

Dans la théorie quantique des champs, les particules sont considérées comme des ondes dans un champ. (Image: Piotr Traczyk/CERN)
Pour répondre à cette question, il faut plonger dans le monde quantique et comprendre comment les particules interagissent...
La particule que nous appelons aujourd’hui « boson de Higgs » a été mentionnée pour la première fois dans un article scientifique rédigé par Peter Higgs en 1964. À cette époque, des physiciens tentaient de décrire la force faible – l'une des quatre forces fondamentales de la nature – à l'aide d'un cadre appelé « théorie quantique des champs ».
Une particule, une onde ou les deux ?
D’après la théorie quantique des champs, le monde microscopique des particules est très différent du monde tel que nous le voyons. Les « champs quantiques » fondamentaux remplissent l’Univers et dictent ce que la Nature peut et ne peut pas faire. Selon cette description, chaque particule peut être représentée par une onde dans un « champ », comparable à une vaguelette formée sur la surface d’un vaste océan. Le photon est un bon exemple, car cette particule de lumière est une onde dans un champ électromagnétique.

Porteuses de force


Lorsque deux électrons interagissent, ils échangent un photon, la particule de la lumière. (Image: Ana Tovar/CERN)
Lorsque les particules interagissent entre elles, elles échangent des particules « porteuses de force ». Ce sont des particules, mais elles peuvent également être décrits comme des ondes dans leurs champs respectifs. Par exemple, lorsque deux électrons interagissent, ils le font en échangeant des photons – les photons sont les particules porteuses de force de l’interaction électromagnétique.

Symétrie
Une autre caractéristique importante des particules est la symétrie. Une forme peut être qualifiée de symétrique si elle reste identique lorsqu’on la fait pivoter ou qu’on la retourne ; cette propriété existe par analogie dans les lois de la nature.
Par exemple, la force électrique entre des particules ayant une charge électrique égale à 1sera toujours la même, qu’il s’agisse d’un électron, d’un muon ou d’un proton. Ces symétries constituent la base de la théorie et définissent sa structure.

Le mécanisme de Brout-Englert-Higgs
La théorie quantique des champs constituait déjà la base de l’électrodynamique quantique, qui offrait une description très efficace de l’interaction électromagnétique. Il était impossible, en revanche, d’appliquer cette approche à l’interaction faible, car alors, selon la théorie, les particules ne pouvaient pas avoir de masse.
En particulier, les particules porteuses de la force faible, connues sous le nom de bosons W et Z, devaient être dépourvus de masse, faute de quoi une symétrie fondamentale de la théorie serait brisée et cette dernière ne pourrait plus fonctionner. Or cette condition posait un problème de taille : les particules porteuses de la force faible devaient nécessairement avoir une masse pour que l’hypothèse de la portée très courte de l’interaction faible reste cohérente.
La solution à ce problème a été apportée par le mécanisme de Brout-Englert-Higgs. Ce mécanisme repose sur deux éléments principaux : un champ quantique entièrement nouveau et un ajustement ingénieux. Le nouveau champ en question est ce que nous appelons aujourd’hui le champ de Higgs. Quant à l’ajustement, il s’agit de la brisure spontanée de symétrie.
On envisage une symétrie, présente dans les équations d’une théorie, mais rompue dans le système physique. Imaginez un crayon posé à la verticale sur sa mine, au centre d’une table. Il s’agit d’une situation parfaitement symétrique, mais qui ne dure qu’un court instant, car le crayon va immédiatement briser la symétrie en tombant d’un côté ou d’un autre. Les lois de la nature, elles, restent inchangées, car le côté duquel tombera le crayon n’est pas prédéfini. Ainsi, le phénomène de rupture de la symétrie se produit sans remettre en question la symétrie de la physique.

La particule dans le champ de Higgs, en forme de « chapeau mexicain » (à gauche) et le crayon tenant sur sa mine (à droite) sont deux images représentant la rupture spontanée de symétrie – la symétrie existe, mais ne dure qu’un bref instant. (Image: Ana Tovar/CERN)
En ce qui concerne la masse des particules, voici ce qui se passe : à sa naissance, l’Univers était rempli du champ de Higgs dans un état instable, mais symétrique. Une fraction de seconde après le Big Bang, le champ a trouvé une configuration stable, mais la symétrie initiale s’est brisée. Dans cette configuration, les équations restent symétriques, mais la symétrie brisée du champ de Higgs confère leur masse aux bosons W et Z.
Comme cela s’est vérifié plus tard, d’autres particules élémentaires acquièrent également leur masse en interagissant avec le champ de Higgs, ce qui donne aux particules les propriétés que nous leur connaissons aujourd’hui.

Le boson de Higgs

Au CERN, le 4 juillet 2012, les collaborations ATLAS et CMS présentent des preuves dans les données du LHC pour une particule compatible avec un boson de Higgs, la particule liée au mécanisme proposé dans les années 1960 pour donner une masse aux particules W, Z et autres. (Image : Maximilien Brice/Laurent Egli/CERN)
C’est là qu’intervient le boson de Higgs. Si toutes les particules peuvent être représentées comme une onde dans un champ quantique, l’introduction d’un nouveau champ dans la théorie signifie qu’une particule associée à ce champ doit aussi exister.
La plupart des propriétés de cette particule sont décrites dans la théorie. Par conséquent, la découverte d’une particule correspondant à cette description constitue un indice probant susceptible de valider le mécanisme de Brout-Englert-Higgs. Dans le cas contraire, nous n’aurions aucun moyen confirmer l’existence du champ de Higgs.
Vous l’aurez deviné, cette particule, c’est le boson de Higgs ! Sa découverte en 2012 a permis de valider le mécanisme de Brout-Englert-Higgs et le champ de Higgs, offrant ainsi aux chercheurs la possibilité de poursuivre leur exploration de la matière.
Il est crucial d’étudier en détail les propriétés du boson de Higgs pour pouvoir tenter d’élucider les nombreuses énigmes de la physique des particules et de la cosmologie, qui vont de la grande disparité des masses des particules élémentaires au destin ultime de l’Univers.

  DOCUMENT     c e r n      LIEN