Thèse Simulation Quantique de Gaz de Fermi Déséquilibrés en Spin avec Imagerie et Contrôle à l'Échelle de l'Atome Individuel H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : École normale supérieure - PSL (ENS-PSL) École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : Laboratoire Kastler Brossel Direction de la thèse : Tarik YEFSAH ORCID 0000000260245611 Début de la thèse : 2026-11-01 Date limite de candidature : 2026-10-31T23:59:59 Parmi les divers problèmes à N corps pouvant être explorés à l'aide de simulateurs quantiques à base d'atomes, les systèmes fermioniques en interaction occupent une place particulièrement importante, car leur compréhension demeure l'un des grands défis de la physique moderne. Un exemple paradigmatique de tels systèmes est le gaz de Fermi polarisé, c'est-à-dire avec des populations de spin déséquilibrées, pour lequel les calculs théoriques exacts sont extrêmement difficiles.

An cours de cette thèse, nous proposons d'étudier le gaz de Fermi polarisé à deux dimensions. Plus précisément, nous nous intéressons à un ensemble de particules de spin 1/2 (haut et bas) dont les interactions et le déséquilibre de spin peuvent être ajustés. Les mesures réalisées sur un simulateur quantique doté d'imagerie et contrôle à l'échelle de l'atome individuel seront comparées à des calculs de Monte Carlo diagrammatique (DiagMC) de pointe.

Cette approche permettra un accès direct aux propriétés microscopiques du système, telles que les corrélations spatiales, y compris celles d'ordre élevé. L'objectif de cette thèse est d'étudier deux régimes distincts du gaz de Fermi déséquilibré de spin : (i) le régime à quelques impuretés, impliquant un petit nombre de particules de spin bas ; et (ii) le gaz polarisé, où une population macroscopique de spin bas conduit à une compétition entre l'état superfluide conventionnel et d'autres phases, donnant lieu à un diagramme de phases largement inconnu.

Enfin, le régime de rotation rapide sera également abordé, avec la perspective de créer des états de la matière analogues aux états de Hall quantiques. De la promesse d'ordinateurs exponentiellement rapides, aux nouveaux moyens de transmettre et stocker l'information, en passant par les capacités accrues des capteurs, la quantique est devenue un champ de recherche extrêmement actif, fournissant une diversité deplateformes, chacune avec ses contraintes. Par exemple, les photons ont déjà permis de rendre la cryptographie quantique possible,les qubits supraconducteurs et les atomes/ions piégés sont commercialisés pour l'informatique numérique, les centres NV promettentdes capteurs avec une résolution spatiale sans précédent. Avec les gaz quantiques d'atomes ou de molécules ultra-froides, lesexpériences ont eu d'énormes succès en s'attaquant aux problèmes à plusieurs corps, pour lesquels de nouveaux phénomènespeuvent émerger. Ces problèmes sont connus pour leur complexité dû à grand nombre de particules en interaction, avec de fortscouplages, du désordre, ou des dynamiques non linéaires. C'est dans ce contexte que se place cette thèse, qui va se concentrer sur lasimulation quantique atomique de la matière fermionique en forte interaction.

Master avec une forte composante en physique quantique. Stage sur une expérience d'atomes froids.