Quelques aspects de l'étude de phénomènes irréversibles dans des systèmes quantiques

Antoine Tilloy

Cette thèse est consacrée à l’étude des trajectoires quantiques issues de la théorie desmesures continues en mécanique quantique non relativiste. On y présente de nouveaux résultatsthéoriques ainsi que des exemples d’applications. Sur le front théorique, on étudie principalementla limite de mesure «forte» dans laquelle on met en évidence l’émergence de sauts quantiques etd’échardes quantiques, deux phénomènes dont on précise la statistique. Hors de la limite forte, onpropose une méthode d’extraction optimale d’information pour un registre de qubits. Sur le frontdes applications, on introduit une méthode originale de contrôle utilisant l’intensité de la mesurecomme unique variable et on explique la transition balistique-diffusif dans les marches aléatoiresquantiques ouvertes; deux sous produits de l’étude théorique préalable des situations de mesureforte. On s’intéresse aussi au problème de la gravité semi-classique et montre que la théorie desmesures continues peut permettre d’en construire un modèle cohérent à la limite newtonienne. Onsuggère enfin quelques extensions possibles de la théorie à l’estimation a posteriori et d’éventuellesgénéralisations des résultats théoriques à des situations de mesures répétées discrètes. Dans laprésentation des résultats, l’accent est mis davantage sur l’explicitation des liens entre les multiplespoints de vue possibles sur les trajectoires quantiques (parallèles avec la théorie classique du filtrageet les modèles de collapse objectif utilisés dans les fondements) que sur la rigueur mathématique.

Guy Dewel, Ilya Prigogine

Myrann Baker-Rasooli

Dans ce travail, nous utilisons les fluides quantiques de lumière comme plateforme expérimentale polyvalente pour explorer l'hydrodynamique superfluide et les phénomènes hors d'équilibre. En propageant un faisceau laser quasi résonant à travers une vapeur atomique chaude, nous créons un fluide bidimensionnel de photons dont la dynamique obéit aux mêmes équations que celles des gaz quantiques à interactions répulsives. Ce système optique offre un accès complet à la densité et à la phase, permettant l'observation directe de structures d'écoulement complexes et de la dynamique des vortex quantiques. Nous commençons par établir les propriétés fondamentales de cette plateforme et les principes expérimentaux de sa réalisation. Nous explorons ensuite différents régimes hydrodynamiques, allant des ensembles turbulents de vortex présentant des cascades d'énergie, jusqu'à l'interaction contrôlée de quelques vortex quantifiés. Ces études révèlent des phénomènes tels que la formation de solitons de Jones-Roberts à partir de dipôles vortex-antivortex, l'effondrement du mouvement de « saute-mouton » en ondes de choc dispersives, et la propulsion spontanée de défauts optiques induite par l'émission de vortex. Dans l'ensemble, cette thèse met en lumière la capacité unique des fluides quantiques de lumière à émuler l'hydrodynamique quantique, tout en apportant un nouvel éclairage sur les mécanismes microscopiques qui gouvernent la turbulence.

Richard Bausch, Á. Stáhl

Paul Mandel, Ilya Prigogine

Loïc Henriet

Dynamique hors équilibre de systèmes quantiques à N-corps Cette thèse porte sur l'étude de propriétés dynamiques de modèles quantiques portés hors équilibre. Nous introduisons en particulier des modèles généraux de type spin-boson, qui décrivent par exemple l'interaction lumière-matière ou certains phénomènes de dissipation. Nous contribuons au développement d'une approche stochastique exacte permettant de d'écrire la dynamique hors équilibre du spin dans ces modèles. Dans ce contexte, l'effet de l'environnement bosonique est pris en compte par l'intermédiaire des degrés de liberté stochastiques supplémentaires, dont les corrélations temporelles dépendent des propriétés spectrales de l'environnement bosonique. Nous appliquons cette approche à l'étude de phénomènes à N-corps, comme par exemple la transition de phase dissipative induite par un environnement bosonique de type ohmique. Des phénomènes de synchronisation spontanée, et de transition de phase topologique sont aussi identifiés. Des progrès sont aussi réalisés dans l'étude de la dynamique dans les réseaux de systèmes lumière-matière couplés. Ces développements théoriques sont motivés par les progrès expérimentaux récents, qui permettent d'envisager une étude approfondie de ces phénomènes. Cela inclut notamment les systèmes d'atomes ultra-froids, d'ions piégés, et les plateformes d'électrodynamique en cavité et en circuit. Nous intéressons aussi à la physique des systèmes hybrides comprenant des dispositifs à points quantiques mésoscopiques couplés à un résonateur électromagnétique. L'avènement de ces systèmes permet de mesures de la formation d'états à N-corps de type Kondo grâce au résonateur; et d'envisager des dispositifs thermoélectriques.