Au cœur de la mécanique quantique : un nouvel éclairage sur la lumière et les atomes (Orale)

Alain Aspect

Jean Dalibard

EnseignementCours : Une brève histoire des atomes froidsPeut-on contrôler l’équilibre thermodynamique d’un échantillon de matière en utilisant de la lumière aux caractéristiques bien choisies ? Depuis les articles fondateurs d’Einstein et de Kastler, cette question a accompagné le développement de la physique atomique et de l’optique quantique. À partir des années 1970, le développement des sources laser accordables est venu lui donner un nouvel éclairage, avec notamment les propositions de ...

Ph. Chomaz

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.

Jeremy Stevens

Effet de l’Environnement sur les Qubits Fluxonium et Thermodynamique des Mesures Quantiques Les qubits supraconducteurs sont au cœur de nombreuses expériences de mécanique quantique élémentaire et sont l’un des prétendants principaux pour le futur ordinateur quantique. Dans les deux cas, un haut niveau de contrôle, à la fois sur le qubit et son environnement, est essentiel. Les premiers chapitres de cette thèse décrivent plusieurs méthodes qui peuvent servir à concevoir l’effet de l’environnement sur les circuits supraconducteurs, et en particulier sur le très prometteur qubit Fluxonium. Nous détaillons la théorie des qubits protégés et traitons la conception des appareils quantiques, ainsi que le câblage des réfrigérateurs à dilution avec l’objectif de réduire le bruit de l’environnement. En utilisant ces méthodes, nous créons des conditions permettant des expériences pour étudier l’effet de l’environnement sur le qubit Fluxonium. Nous montrons que les photons présents dans la cavité utilisée pour mesurer le qubit, ainsi qu’un réfrigérateur à dilution avec une température trop élevée, peuvent avoir des effets néfastes sur la stabilité de l’état quantique. Cette expérience met également en lumière les problèmes qui restent à résoudre concernant la lecture dispersive des Fluxoniums avant de les utiliser comme élément de base dans un ordinateur quantique.La décohérence quantique d’un qubit peut être décrite par les nombreuses interactions cohérentes avec l’environnement au sujet desquelles l’observatrice n’a aucune information. Dans la dernière partie de la thèse, nous présentons des résultats permettant de mieux comprendre la thermodynamique des mesures et des opérations quantiques, en observant l’échange cohérent d’énergie entre un champ propageant et un qubit que l’on mesure. Nous interprétons la préparation de l’état du qubit par un pulse cohérent comme une mesure faible du pulse par le qubit.

demeurel