Electrodynamique quantique de circuit en régime de couplage ultrafort
Institution:
Paris 7Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
In cavity quantum electrodynamics (QED), the interaction between an atomic transition and the cavity field is measured by the vacuum Rabi frequency Ωo. The analogous term circuit QED has been introduced for some superconducting circuits containing Josephson junctions, because they behave as artificial atoms coupled to the bosonic field of a resonator. In the regime with Ωo comparable to the two-level transition frequency, superradiant quantum phase transitions for the cavity vacuum have been predicted, e. G. Within the Dicke model. In my Ph. D thesis, possible implementations of the Dicke model in circuit QED Systems are theoretically investigated for different kind of Josephson atoms, both in the case of inductive and capacitive coupling. In the thermodynamic limit of a large number of artificial atoms, predictions and constraints are explored for the occurrence of the quantum phase transition, with a doubly degenerate vacuum (ground state) and a spontaneous photonic coherence above a quantum critical coupling. In the finite-size case, the robustness and protection of the vacuum degeneracy in the ultrastrong coupling regime are studied, leading to possible applications for Quantum Computation using multiple resonators. Finally, a generalized Dicke model is proposed for which a doubly superradiant phase with four degenerate vacua is predicted.
Abstract FR:
En Electrodynamique Quantique en Cavité (QED), l'interaction entre la transition atomique et le champ de la cavité est quantifiée par la fréquence de Rabi du vide Ωo. L'expression analogue « circuit QED » a été introduite pour certains circuits supraconducteurs contenant des Jonctions Josephson, parce qu'ils pouvaient se comporter comme des atomes artificiels couplés au mode bosonique du résonateur. Dans le régime où Ωo est comparable à la fréquence de transition du système à deux niveaux, des transitions de phases quantiques superradiantes ont été prédites pour le fondamental du système, par exemple dans le cadre du modèle de Dicke. Dans ma thèse, des réalisations possibles du modèle de Dicke par des systèmes de circuit QED ont été étudiées théoriquement pour différentes sortes d'atomes Josephson, dans les cas de couplage capacitif ou inductif. Dans la limite thermodynamique d'un grand nombre d'atomes artificiels, prédictions et contraintes sont analysées pour l'obtention d'une transition de phase quantique, avec un vide deux fois dégénéré [états de plus basse énergie) et une cohérence photonique spontanée au-dessus d'un point critique quantique. Dans le cas d'un nombre fini d'atomes, la robustesse et la protection de la dégénérescence du vide dans le régime de couplage ultrafort sont étudiées, et conduisent à de possibles applications en Information Quantique, dans des architectures contenant plusieurs résonateurs. Enfin, un modèle de Dicke généralisé est proposé pour lequel une phase doublement superradiante avec quatre vides quantiques dégénérés est prédite.