On propose un algorithme non perturbatif pour étudier les états de basse énergie des spectres de systèmes quantiques fortement corrélés à température nulle dans un espace de Hilbert réduit. On utilise une technique de projection qui permet de générer des Hamiltoniens effectifs dans des espaces de Hilbert réduits en renormalisant les constantes de couplage qui caractérisent l'Hamiltonien. On teste la procédure en calculant et analysant les propriétés spectrales des systèmes antiferromagnétiques, échelles de spins à deux montants dans lesquels une approche de perturbation n'est pas valide. Le rôle et l'importance des symétries sont étudiés. On développe une approche qui identifie les points exceptionnels dans le spectre d'énergie des systèmes qui présentent des transitions de phase quantiques. Ces transitions sont liées aux points fixes dans l'espace de Hilbert dans le cadre de la théorie de renormalisation. On examine cette approche dans le cadre de l'étude des transitions du premier ordre et des croisements évités.
On propose un algorithme non perturbatif pour étudier les états de basse énergie des spectres de systèmes quantiques fortement corrélés à température nulle dans un espace de Hilbert réduit. On utilise une technique de projection qui permet de générer des Hamiltoniens effectifs dans des espaces de Hilbert réduits en renormalisant les constantes de couplage qui caractérisent l'Hamiltonien. On teste la procédure en calculant et analysant les propriétés spectrales des systèmes antiferromagnétiques, échelles de spins à deux montants dans lesquels une approche de perturbation n'est pas valide. Le rôle et l'importance des symétries sont étudiés. On développe une approche qui identifie les points exceptionnels dans le spectre d'énergie des systèmes qui présentent des transitions de phase quantiques. Ces transitions sont liées aux points fixes dans l'espace de Hilbert dans le cadre de la théorie de renormalisation. On examine cette approche dans le cadre de l'étude des transitions du premier ordre et des croisements évités.
Les systemes de spins de heisenberg antiferromagnetiques frustres et non-frustres sont etudies au moyen des methodes de la theorie quantique des champs et du groupe de renormalisation. Dans le cas de spins quantiques bidimensionnels, le phenomene de brisure spontanee de symetrie a temperature nulle est analysee en utilisant un modele sigma non-lineaire, dans sa formulation hamiltonienne et lagrangienne. Autour de cette etude, des criteres d'existence d'ordre a longue distance dans l'etat fondamental de systemes de spins frustres sont obtenus. Ils consistent, d'une part, en des predictions sur le spectre de basse energie du systeme a taille finie et a temperature nulle qui doit etre observe lorsqu'il y a brisure de symetrie dans la limite thermodynamique ; d'autre part, dans l'expression de la longueur de correlation en fonction de la temperature des systemes de spins frustres, dans un regime de parametres tels qu'il existe de l'ordre a temperature nulle. Dans le cas de spins frustres classiques, le probleme de l'universalite de la transition de phase tridimensionnelle a temperature finie est envisage. Differentes approches theoriques sont presentees et comparees: modele sigma non-lineaire, modele de landau-ginzburg-wilson. En deux dimensions, l'existence d'une topologie non-triviale dans les systemes de spins frustres est a la base d'un phenomene de deconfinement de vortex. La validite de la theorie de perturbation basse temperature est analysee
Simulation des noyaux et de leurs constituants avec des ordinateurs quantiques La méthode de Brisure de Symétrie/Restauration de Symétrie est un outil largement utilisé pour traiter un ensemble de particules en interaction. Cette méthode permet souvent d'améliorer l'approximation de l'énergie de l'état fondamental d'un Hamiltonien dans un cadre variationnel. Dans cette technique, certaines symétries du système sont brisées intentionnellement dans la fonction d'onde utilisée lors de la recherche de l'état fondamental. Ce processus permet de capturer des corrélations complexes entre les particules à un coût numérique plus faible par rapport à un cadre qui préserve ces symétries. Étant donné que le véritable état fondamental doit respecter les symétries du problème, une étape de restauration de symétrie est a priori nécessaire pour revenir dans le sous-espace approprié de l'espace de Hilbert total.Cette thèse examine comment mettre en œuvre le schéma de Brisure de Symétrie/Restauration de Symétrie à l'aide d'ordinateurs quantiques. L'algorithme quantique que nous utilisons pour la composante variationnelle est la méthode de ``Variational Quantum Eigensolver (VQE)". Son but est de préparer une approximation de l'état fondamental en utilisant une fonction d'onde paramétrisée afin de minimiser l'énergie associée au Hamiltonien. L'ansatz quantique de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) a été utilisé comme ansatz brisant les symétries, et les techniques développées ont été testées en utilisant les Hamiltoniens d'appariement et le modèle de Hubbard. Nous avons également utilisé la transformation de Jordan-Wigner pour encoder les opérateurs présents dans le Hamiltonien. Avec ces outils, à l'instar des calculs sur ordinateurs classiques, deux manières d'utiliser le processus de Brisure de Symétrie/Restauration de Symétrie en conjonction avec la méthode VQE sont développés : nous pouvons varier les paramètres d'un ansatz de Brisure de Symétrie avant ou après la restauration de symétrie. La première approche est identifiée comme Projection Quantique Après Variation, tandis que la dernière est nommée Variation Quantique Après Projection.L'un des aboutissements de cette thèse est le développement de diverses techniques pour la restauration de symétrie. Certaines d'entre elles sont basées sur l'algorithme d'Estimation de Phase Quantique (QPE), ce qui comprend les méthodes de QPE itérative et de Rodéo. Nous avons également étudié d'autres techniques basées sur le concept ``d'Oracles quantiques", telles que les méthodes Oracle+Hadamard et Grover-Hoyer. L'algorithme de Combinaison Linéaire d'opérateurs Unitaires a été utilisé pour implémenter directement soit la projection, soit l'oracle. Nous avons également adapté le formalisme de ``Classical Shadows" pour la restauration de symétries dans le but d'optimiser les ressources quantiques nécessaires. Les différentes méthodes de restauration de symétrie sont illustrées à travers la thèse pour les symétries associées au nombre de particules et au spin total.Dans la dernière partie de la thèse, des techniques dites hybrides quantiques-classiques sont présentées, qui peuvent aider à extraire des informations précieuses sur le spectre de basse énergie du Hamiltonien. En supposant qu'il est possible d'extraire avec précision les moments du Hamiltonien à partir de leur fonction génératrice à l'aide d'un ordinateur quantique, nous introduisons deux méthodes d'analyse des spectres : la méthode de t-expansion, qui combine l'évolution en temps imaginaire et l'approximation de Padé, et la méthode de Krylov, une méthode d'expansion du sous-espace quantique qui peut fournir des informations sur les valeurs propres du Hamiltonien et sur l'évolution de la probabilité de survie. De plus, nous présentons également des résultats de la méthode Krylov Quantique. Cette technique donne des informations similaires à la méthode de Krylov, mais sans avoir besoin d'estimer les moments du Hamiltonien, une tâche qui reste difficile sur un ordinateur quantique actuellement.
L'algorithme du groupe de renormalisation numerique dans l'espace reel utilisant la matrice de densite est applique a plusieurs problemes quantiques unidimensionnels. Pour la chaine de spin 2 quantique isotrope, le gap de haldane (0. 085(5)j) et la longueur de correlation (49(1)) sont calcules, ainsi que la limite thermodynamique non-nulle (0. 726(2)) d'un parametre d'ordre non-local generalise. Le diagramme de phase en presence des anisotropies uniaxiale et d'echange est donne, montrant l'evolution vers la limite classique. On trouve un diagramme tres different de celui pour spin 1, ce qui est en desaccord avec les predictions theoriques approximatives. Nous demontrons que le parametre d'ordre string non-local n'est pas sensible aux transitions pour spin 2, ce qui indique une difference profonde entre des chaines de spin entier avec spin 1 et spin plus grand que 1. Nous demontrons que le modele d'affleck-kennedy-lieb-tasaki, generique pour le modele de heisenberg, est, pour le cas de spin 1, un point de desordre dans la famille des chaines de spin 1 bilineaires-biquadratiques, dont il fait partie. Ce point est caracterise par un changement des correlations spin-spin, qui deviennent incommensurables. Il est le residu quantique d'une transition dans la limite classique de cette famille de chaines. Le modele aklt trouve ainsi sa signification physique. Dans l'etude d'une echelle de spins 1/2, nous confrontons les resultats d'une bosonisation avec les resultats numeriques: pour des petits couplages entre les chaines on s'attend a un changement d'un comportement critique vers un comportement massif. Nous demontrons que ce changement a lieu pour des couplages infinitesimaux. Nous examinons aussi la transition vers le ferromagnetisme dans ce modele pour des couplages interchaines anisotropes
Dynamique et transport au voisinage d'une transition de phase quantique en dimension deux Nous étudions le modèle O (N) relativiste, une généralisation quantique de la théorie φ⁴ utilisée en physique statistique pour étudier des transitions de phase. Ce modèle décrit certaines transitions de phase quantiques telles que la transition isolant de Mott-superfluide dans un gaz de bosons piégés dans un réseau optique ou la transition paramagnétique-antiferromagnétique dans un aimant. En deux dimensions d’espace, ces systèmes sont fortement corrélés près de la transition. Nous les étudions à l’aide du groupe de renormalisation non perturbatif, une formulation du groupe de renormalisation de Wilson. Nous nous intéressons aux propriétés universelles au voisinage de la transition de phase quantique à température nulle. Ainsi, nous déterminons les fonctions d’échelle universelles qui définissent la thermodynamique et démontrons que ces fonctions sont reliées à celles décrivant la force de Casimir critique dans un système classique tridimensionel. Ensuite, nous étudions le spectre d’excitation dans la phase ordonnée à température nulle. Pour N = 2 et 3, nous établissons l’existence d’un mode d’amplitude aussi appelé « mode de Higgs » par analogie avec le mécanisme de Higgs en physique des hautes énergies. Pour N = 1, nous montrons l’existence d’un état lié pour des dimensions proches de trois. Enfin, nous calculons la dépendance en fréquence de la conductivité à température nulle et confirmons son universalité, en particulier à la transition. Nous établissons que l’une des composantes du tenseur de conductivité dans la phase ordonnée est une quantité « superuniverselle », ne dépendant ni de la distance au point critique ni de N.
Méthodes de réseaux tensoriels pour la dynamique hors équilibre des liquides de spin quantique La présence d'interactions fortes et d'intrication dans un système quantique à plusieurs corps peut conduire à plusieurs états exotiques de la matière. Les liquides Quantum Spin sont l'un de ces ensembles d'états exotiques qui ont suscité un intérêt considérable en raison de leurs propriétés intéressantes et de leurs applications technologiques possibles. Les progrès rapides des montages d'expériences sur les atomes froids, en particulier les simulateurs d'atomes de Rydberg, ont ouvert de nouvelles voies pour étudier ces liquides de spin en une et deux dimensions. Cela nécessite des techniques théoriques avancées pour étudier les propriétés de non-équilibre d'états quantiques purs isolés. Cette thèse vise à développer des algorithmes numériques pour étudier les propriétés de non-équilibre des liquides de spin sur un réseau carré suite à une trempe quantique en utilisant le cadre des réseaux de tenseurs. Une forme variationnelle de l'ansatz Projected Entangled Pair State (PEPS) est utilisée pour décrire les liquides de spin. Une nouvelle forme symétrique du groupe de renormalisation de la matrice de transfert de coin (CTMRG), l'algorithme nécessaire pour construire la matrice de densité réduite de la fonction d'onde dans la limite thermodynamique pour une fonction d'onde PEPS à valeurs complexes, est décrite. Pour étudier la dynamique de trempe, deux algorithmes appelés update simple et update complète, ainsi que les modifications nécessaires pour les adapter à l'étude des fonctions d'onde de spin liquide, sont expliqués. Les outils sont ensuite utilisés pour étudier la dynamique de non-équilibre de l'état de la liaison de valence résonnante (RVB) avec les configurations de liaison de valence du plus proche voisin (NN), un état spin-liquide connu pour présenter des corrélations dimère-dimère critiques, dans le Collecteur PEPS.
Cette thèse aborde des questions relatives à la physique d'aimants quantiques unidimensionnels et bidimensionnels sous champ magnétique. En utilisant des méthodes numériques, nous considérons des systèmes de dimères couplés, décrits avec des modèles d'électrons fortement corrélés que sont l'échelle de spin, la chaîne de dimères orthogonaux en une dimension ainsi que la bicouche de Heisenberg et le réseau de Shastry-Sutherland en deux dimensions. L'objectif étant de dériver des hamiltoniens effectifs, nous nous servons de la méthode " Contractor Renormalization (CORE) ", une technique non perturbative de renormalisation dans l'espace réel qui est capable de reproduire les propriétés de basse énergie du système tout en réduisant sa complexité. L'examen du modèle effectif, soit par des moyens analytiques soit numériquement en résolvant des systèmes effectifs avec la diagonalisation exacte, nous permet de conclure sur la physique du système, en particulier l'existence de plateaux d'aimantation. Nos résultats sont comparés avec l'étude numérique exacte du modèle microscopique d'une part et avec d'autres approches théoriques d'autre part. Grâce au fait que nous étudions des modèles caractérisant des composés réels, nous discutons également nos résultats en rapport avec des données expérimentales. Par exemple, nous proposons la stabilité de nouveaux plateaux d'aimantation sur le réseau de Shastry-Sutherland, ce qui motive son étude expérimentale.