Thèse Réseaux Quantiques Ouverts dans l'Espace des Impulsions Interférences Mesure Dissipative et Non-Hermiticité dans des Géométries Reconfigurables H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse Laboratoire de recherche : LCAR - Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité Direction de la thèse : David GUERY-ODELIN ORCID 0000000348691341 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-31T23:59:59 Les réseaux synthétiques dans l'espace des impulsions constituent une plateforme intéressante pour la simulation quantique. Ils permettent de réaliser des hamiltoniens de type liaison-forte dont les couplages, les phases, les énergies sur site et les conditions aux limites sont contrôlables, tout en donnant accès directement aux observables par temps de vol. Le projet de thèse vise à exploiter cette flexibilité pour étendre la simulation quantique vers un domaine encore peu exploré expérimentalement : celui des systèmes ouverts, où la dissipation et la mesure deviennent des ressources d'ingénierie plutôt que de simples perturbations.

Le coeur du projet est l'étude expérimentale de tels réseaux, ouverts ou fermés grâce à un couplage Raman. Une telle plateforme permet de passer de chaînes synthétiques ouvertes à fermées ou à des hamiltoniens avec défauts, et donc de contrôler non seulement l'Hamiltonien effectif, mais aussi la géométrie et les conditions aux limites. Elle ouvre ainsi l'accès à une physique riche, à l'interface entre transport quantique, interférences de phase, théorie de la mesure, dynamique de Floquet et non-hermiticité.

La thèse sera construite à l'interface entre théorie, calcul numérique et expérience. Sur le plan théorique, il s'agira de dériver des modèles effectifs pour ces systèmes, d'en analyser les symétries, les sous-espaces sombres, les quasi-modes et les effets de bord. Sur le plan numérique, la dynamique unitaire et non unitaire sera étudiée par diagonalisation, propagation temporelle, opérateurs de Floquet, trajectoires quantiques et contrôle optimal. Sur le plan expérimental, les protocoles seront conçus pour être compatibles avec une plateforme de condensat de Bose-Einstein dans des réseaux optiques, incluant la préparation d'états, la fermeture Raman de la géométrie et les pertes localisées continues ou pulsées. Cette triple dimension est un atout majeur, car elle relie concepts fondamentaux, modélisation quantitative et observables mesurables.

Un premier axe portera sur le contrôle du transport par la phase dans des géométries fermées minimales. Dans un anneau synthétique à petit nombre de sites, deux états ayant les mêmes populations mais des phases relatives différentes peuvent conduire soit à une alimentation maximale d'un défaut central (canal brillant), soit à une annulation exacte du courant vers ce défaut (canal sombre) par des interférences destructives.

Un deuxième axe, à fort potentiel, concernera l'ouverture contrôlée par pertes localisées. L'objectif sera de comparer quantitativement deux cadres distincts : la perte continue, décrite par un Hamiltonien effectif non hermitien ou une équation maîtresse de Lindblad, et la perte pulsée, vue comme une suite de mesures partielles stroboscopiques. Dans un système de Floquet, ces deux descriptions peuvent conduire à des dynamiques différentes, le micromouvement rendant la réponse sensible à la phase temporelle à l'instant de la mesure. Cette question constitue un axe original par rapport à l'état de l'art.

Un troisième axe étudiera l'usage de la dissipation locale pour préparer, filtrer ou stabiliser des sous-espaces dynamiques protégés. On s'intéressera à l'effet Zéno dissipatif, à la dynamique conditionnée sans-saut, à la préparation d'états sombres par post-sélection et à l'émergence de quasi-modes de longue durée de vie dans des opérateurs de Floquet non unitaires. Dans une seconde étape, ces idées pourront être étendues à des géométries plus larges pour aborder le transport résonant, des précurseurs de Fano ou des états liés dans le continuum.

Au-delà des résultats spécifiques attendus, la thèse s'inscrit dans une évolution plus générale de la simulation quantique : faire de l'ouverture contrôlée du système un véritable degré de liberté expérimental, afin d'explorer des phénomènes hors d'atteinte dans des architectures strictement unitaires. Au-delà des résultats spécifiques attendus, la thèse ambitionne de contribuer à une évolution plus générale de la simulation quantique. Celle-ci s'est en effet historiquement développée d'abord autour de systèmes essentiellement fermés ou faiblement couplés à l'environnement. Le projet proposé entend au contraire faire de l'ouverture contrôlée du système un degré de liberté expérimental à part entière. Réseaux synthétiques en espace des impulsions reconfigurables, mesure dissipative et transport quantique La thèse s'inscrira dans le savoir-faire de l'équipe qui a d'ores et déjà réalisé des réseaux en impulsion contrôlable mais pour des systèmes fermés. L'ajout d'une paire de faisceaux Raman sera l'outil clé pour explorer ces nouvelles frontières de la simulation quantique.

Candidat ou candidate disposant d'une solide formation en physique quantique, avec un intérêt marqué pour la physique expérimentale, la modélisation et les simulations. Une bonne maîtrise de la mécanique quantique, des méthodes numériques et d'un langage de programmation scientifique (Python, Matlab ou équivalent) est attendue. Un goût pour l'interface théorie-expérience et pour les questions de systèmes ouverts, de dynamique de Floquet ou de contrôle quantique constituera un atout important.