Thème 1

Matière quantique : des systèmes élémentaires aux systèmes fortement corrélés

Une importante tendance récente dans la physique est l’émergence des thèmes communs entre deux communautés, celle de la physique atomique, moléculaire et optique (AMO), et celle de la matière condensée. Le traitement de l’information quantique, qui a démarré avec des techniques de l’optique quantique (atomes et ions piégés, photons uniques), commence à trouver des réalisations dans des systèmes de la matière condensée comme des circuits supraconducteurs et des boites quantiques. Ces systèmes constituent des « atomes artificiels » et pourraient améliorer les dispositifs de l’information quantique. Dans une tendance similaire, des questions qui ont longtemps préoccupé la matière condensée, les systèmes à fortes corrélations, intrication et cohérence, commencent à intéresser des chercheurs utilisant des atomes froids. On peut espérer que ces nouvelles recherches mèneront à une meilleure compréhension de la supraconductivité à haute température. Le domaine du transport quantique, qui traite des ondes de matière (électrons ou atomes) qui se propagent sous l’influence de différentes forces, soit dans un solide soit dans un faisceau laser, a aussi récemment apparu comme un nouveau domaine commun entre les deux communautés.

Le thème SQEC vise à favoriser l’exploration de ces domaines par des collaborations et synergies entre la matière condensée et la physique AMO. Plus précisément, MATQ explore :

  • Information quantique : systèmes quantiques élémentaires (atomes, ions, molécules, centres NV dans le diamant, atomes artificiels à base de circuits supraconducteurs), simulateurs quantiques à atomes froids, qubits photoniques. Technologies quantiques (cryptographie).
  • Cohérence et corrélations : contrôle des mécanismes de décohérence dans les conducteurs mésoscopiques, graphène, électrons fortement corrélés, supraconductivité non‐conventionnelle, liquides de spins, matière froide.
  • Etude de phase topologique, superconductivité à haute température, ferroélectricité
Capture_decran_2013-07-02_a_09.49.13Interféromètre Mach-Zehnder dans lequel un électron en régime de Hall quantique révèle des interférences analogues à celle d’un dispositif optique. Les électrons suivent les bords du dispositif, et les ondes associées sont diffractées à l’aide de séparateurs de faisceaux. La  recombinaison des deux chemins électroniques peut etre controlée par des partes électroniques qui induisent des oscillations dans le courant.   Capture_decran_2013-07-02_a_09.49.48Exemple d’un réseau cristallin dans lequel un nouveau supraconducteur à base de fer est réalisé.   Capture_decran_2013-07-02_a_09.49.56Schéma d’un réseau optique pour atomes froids. L’interférence de plusieurs faisceaux lasers crée le réseau, que les atomes remplissent aléatoirement ou de façon ordonnée.
  Dans les deux réseaux, les particules (électrons ou atomes) subissent de fortes corrélations quantiques déterminées par l’effet tunnel et par l’interaction entre particules. Les propriétés de transport dans ces systèmes sont complexes, révélant la supraconductiité, et divers diagrammes de phase.

 

Liste des projets financés par le thème 1 de PALM

Contact : Chris Westbrook