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Transitions de Phase Quantiques dans le régime de couplage Ultrafort de l’Electrodynamique Quantique

By Alexandre Baksic

Abstract

The subject of interest of Quantum Electrodynamics (QED) is the interaction of light and matter at the atomic scale. By placing atoms inside an optical cavity it is possible to enhance the amplitude of their interaction with vacuum fluctuations of the electromagnetic field. It is even possible to enhance those fluctuations in a such an extent that a phase transition takes place, the system passing from the 'normal' state (photon vacuum and atoms in their ground state) to a state called 'superradiant' (presence of photons and atomic excitations in the ground state of the whole system). However this theoretical prediction seems forbidden under some hypothesis by the so called 'No-go theorem' for superradiant phase transitions. We challenged some of these hypothesis and showed that the superradiant phase transition is possible under new ones. We also got interested in a new field, Circuit-QED whose purpose is to create 'artificial' atoms out of superconducting materials. The properties of those artificial atoms are engineered and thus both more controlable and tunable than those of 'real' atoms. This higher degree of flexibility allowed us to consider a new type of superradiant phase transition with a richer phase diagram than the traditional superradiant phase transition.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

Topics: Phase transition, Cvity QED, Superradiant phase transition, Dicke Model, No go theorem, modèle de Dicke, Circuit QED, Cavity QED, Transition de phase superradiante, Transition de phase, [PHYS] Physics [physics], [PHYS.QPHY] Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph], [PHYS.COND.CM-MSQHE] Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect [cond-mat.mes-hall], [PHYS.COND.CM-S] Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Superconductivity [cond-mat.supr-con]
Publisher: HAL CCSD
Year: 2014
OAI identifier: oai:HAL:tel-01122433v1
Provided by: Hal-Diderot

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