Couplage ultra-fort et dissipation en électrodynamique quantique en circuit

L'électrodynamique quantique en cavité et en circuit étudie l'interaction lumière-matière à son stade le plus fondamental, dans lequel un atome unique, qu'il soit naturel ou artificiel, interagit avec un seul mode du champ électromagnétique. Dans ce système, le confinement du champ augmente l'intensité de l'interaction jusqu'à permettre d'observer l'échange cohérent de quanta entre lumière et matière [1, 2, 3]. Récemment, des expériences réalisées à l'aide de qubits supraconducteurs ont démontré des couplages record caractéristiques d'un nouveau régime, dit ultra-fort, dans lequel l'état fondamental n'est plus le vide, mais un état fortement intriqué entre l'atome et le champ [4, 5]. Malgré cet accroissement gigantesque du couplage lumière-matière, ce dernier est le plus souvent négligé lorsqu'on considère l'interaction de ce système avec son environnement. En effet, la plupart des travaux théoriques publiés récemment décrivent la dynamique dissipative du système atome-cavité en se basant sur l'équation maîtresse de l'optique quantique, un modèle valide seulement dans le cas de l'atome ou du résonateur séparés [6, 7, 8, 9]. Dans ce travail, on démontre qu'employer l'équation maîtresse de l'optique quantique en couplage ultra-fort mène des prédictions qui violent la conservation de l'énergie. Pour pallier ce problème, on établit un modèle de la dissipation qui inclut le couplage atome-champ. On montre en particulier que des fluctuations aléatoires dans la fréquence de l'atome artificiel peuvent générer des excitations dans le système des fréquences précises. On indique aussi que des oscillations cohérentes à ces fréquences dans l'espacement des niveaux de l'atome pourraient être utiles pour accélérer le contrôle cohérent du système quantique. Notre modèle prédit finalement une asymétrie dans les raies de spectroscopie du système atome-cavité qui pourrait être exploitée pour sonder la densité spectrale de bruit de l'environnement des fréquences jusqu'à ce jour inexplorées

First-order sidebands in circuit QED using qubit frequency modulation

Sideband transitions have been shown to generate controllable interaction between superconducting qubits and microwave resonators. Up to now, these transitions have been implemented with voltage drives on the qubit or the resonator, with the significant disadvantage that such implementations only lead to second-order sideband transitions. Here we propose an approach to achieve first-order sideband transitions by relying on controlled oscillations of the qubit frequency using a flux-bias line. Not only can first-order transitions be significantly faster, but the same technique can be employed to implement other tunable qubit-resonator and qubit-qubit interactions. We discuss in detail how such first-order sideband transitions can be used to implement a high fidelity controlled-NOT operation between two transmons coupled to the same resonator.Comment: 15 pages, 5 figure

Faits moraux et évolution : un dilemme pour le réalisme moral

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015Plusieurs philosophes estiment que le réalisme moral est incompatible avec la reconnaissance du rôle majeur joué par l'évolution dans le façonnement de la moralité. Sharon Street formule ce problème sous la forme d’un « dilemme darwinien ». Le problème pour les réalistes consiste à expliquer la relation entre les vérités morales indépendantes dont ils supposent l’existence et les pressions évolutionnistes. Deux options s’offrent à eux: nier ou affirmer l'existence d’une telle relation. La première option mène, selon Street, à la conclusion selon laquelle nos jugements moraux sont probablement faux puisqu'ils sont déformés par les pressions évolutionnistes. La seconde option est indéfendable sur le plan scientifique. Deux stratégies argumentatives ont été déployées à ce jour par les réalistes afin de résoudre le dilemme, soit la réponse naturelle et l'explication par un troisième facteur. Nous soutenons dans le mémoire qu'aucune de ces stratégies ne constitue une réponse satisfaisante au dilemme darwinien

Dissipation and Ultrastrong Coupling in Circuit QED

Cavity and circuit QED study light-matter interaction at its most fundamental level. Yet, this interaction is most often neglected when considering the coupling of this system with an environment. In this paper, we show how this simplification, which leads to the standard quantum optics master equation, is at the root of unphysical effects. Including qubit relaxation and dephasing, and cavity relaxation, we derive a master equation that takes into account the qubit-resonator coupling. Special attention is given to the ultrastrong coupling regime, where the failure of the quantum optical master equation is manifest. In this situation, our model predicts an asymmetry in the vacuum Rabi splitting that could be used to probe dephasing noise at unexplored frequencies. We also show how fluctuations in the qubit frequency can cause sideband transitions, squeezing, and Casimir-like photon generation.Comment: 16 pages, 6 figure