Transitions de phase quantiques dans le régime de couplage ultrafort de l'electrodynamique quantique
Institution:
Paris 7Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
L'electrodynamique quantique est une discipline qui s'intéresse à l'interaction de la lumière et de la matière à l'échelle atomique. En plaçant des atomes au sein d'une cavité optique, il est possible d'augmenter l'amplitude de leur interaction avec les fluctuations du vide du champ électromagnétique. Il est même possible de l'augmenter d'une façon telle qu'une transition de phase quantique "superradiante" ait lieu, le système passant d'un état dit normal (vide de photons et atomes dans leur état fondamental) à un état dit superradiant (présence de photons et d'excitations atomiques au sein de l'état fondamental). Cependant, cette prédiction théorique semble être interdite par le "théorème No-Go" pour les transitions de phases superradiantes. Nous avons remis en cause certaines des hypothèses de ce théorème et montré que sous ces nouvelles conditions, la transition de phase superradiante est possible. Nous nous sommes également intéressés à une nouvelle discipline, l'électrodynamique des circuits, qui permet de créer des "atomes artificiels" composés de matériaux supraconducteurs dont les propriétés sont plus flexibles et contrôlables que les "atomes naturels". Cette plus grande flexibilité nous a permis d'envisager un nouveau type de transition de phase superradiante laissant apparaître un diagramme de phase plus riche que la transition de phase superradiante traditionnelle.
Abstract FR:
Quantum Electrodynamics describes the interaction of light with matter at atomic scale. By placing atoms inside a cavity, it is possible to increase the amplitude of their interaction with vacuum electromagnetic fluctuation. It is even possible to increase it in such a way that a quantum superradiant phase transition occurs, the system passing from a phase called normal (atoms in their ground state and vacuum of photons) to a phase called superradiant (macroscopic number of atomic and photonic excitations in the ground state). However, this theoretical prediction seems prohibited by the "No-go theorem" for superradiant phase transitions. We reconsidered some of the assumptions that led to this theorem and showed that with those new assumptions the superradiant phase transition can occur. We also took advantage of a new field, Circuit Quantum Electrodynamics, which focuses on the behaviour of "artificial" atoms made out of superconducting materials, which are more flexible and controllable than "real" atoms. This greater flexibility, allowed us to consider a new type of superradiant phase transition that led to a richer phase diagram than the traditional one.