Quantip
Région Ile de France

Équipe
Matière quantique : corrélations fortes, topologie, et phénomènes hors équilibre

Laboratoire

Laboratoire de physique théorique et de modélisation

UMR 8089 du CNRS et de CY Cergy Paris Université
2, avenue Adolphe Chauvin
95032 Pontoise

Responsable

David PAPOULAR

Membres permanents

  • A. Honecker

  • D. Kovrizhin

  • P. Lecheminant

  • A. de Luca

  • J. de Nardis

  • D. Papoular (coordinateur)

  • G. Trambly de Laissardière

Site Internet

Activité scientifique

Activité scientifique

Nos trois principaux axes de recherche portent sur (i) la matière quantique topologique, (ii) la matière quantique hors équilibre et (iii) les simulations quantiques. Une partie de la physique la plus excitante se trouve à l’intersection de ces thèmes, où le fractionnement hors équilibre donne lieu à de nouveaux phénomènes, qui peuvent maintenant être étudiés à la fois dans des environnements d’atomes froids et de matière condensée, y compris les systèmes de Hall quantique, les liquides de spin quantiques, et les ordinateurs quantiques NISQ. Nous avons un grand nombre de collaborateurs en France et à l’étranger, notamment à l’ENS, Saclay, Jussieu, Trieste, Oxford, Ljubljana, MPIPKS, TU Munich …

Les systèmes et phénomènes que nous étudions relèvent des thèmes suivants :

Notre expertise couvre un large éventail d’idées et d’outils théoriques, dont certains ont été développés par les membres du groupe :

Équipe
Solid State Neuroscience

Laboratoire

Laboratoire de Physique des Solides

CNRS UMR 8502
Université Paris Saclay
Faculté des Sciences, Bât. 510
F-91405 Orsay cedex

Responsable

Marcelo ROZENBERG

Membres permanents

  • Marcelo ROZENBERG

  • Kang WANG

Site Internet

Activité scientifique

Nous avons découvert qu’un composant électronique conventionnel connu depuis les années 50, le thyristor ou redresseur contrôlé au silicium (SCR), possède des propriétés mémorielles tout à fait analogues à celles d’un matériau de Mott. Nous avons réussi à construire un neurone artificiel extrêmement simple et polyvalent, que nous avons appelé UCN, pour ultra-compact neuron. Nous avons déjà publié plusieurs articles, le premier dans Scientific Reports, qui a fait l’objet d’un article sur le blog Nature’s Research Device and Materials Engineering, et deux autres dans Frontiers in Neuroscience, où nous mettons en œuvre un circuit de réseau neuronal à pointes doté d’une fonction similaire à celle du cerveau, à savoir la détection bi-aurale de la direction du son. Il s’agit d’une réalisation pratique d’un modèle classique de neurobiologie, le modèle de Jeffress. Ce travail démontre que nos UCN peuvent être facilement associés et interconnectés pour former des réseaux. Il ouvre donc la voie à l’exploration pratique de questions fondamentales et urgentes des neurosciences, telles que le comportement électrique émergent et le codage neuronal. Un exemple concret est la question de l’émergence des ondes cérébrales dans un environnement neuronal apparemment connecté et activé de manière aléatoire.

Équipe
Electrodynamique quantique en cavité

Laboratoire

Laboratoire Kastler Brossel

UMR 8552
Collège de France
11 place Marcelin Berthelot
75005 Paris

Responsable

Clément SAYRIN

Membres permanents

  • Michel BRUNE

  • Igor DOTSENKO

  • Sébastien GLEYZES

  • Clément SAYRIN

Site Internet

Activité scientifique

L’équipe CQED du LKB travaille vers la réalisation de simulations quantiques à partir d’atomes de Rydberg circulaires. Ces atomes géants ont des temps de vie particulièrement longs qui autorisent la réalisation de simulations sur des durées extrêmement longues, tout en gardant la force des interactions interatomiques au cœur des simulateurs existants à atomes de Rydberg.

Trois dispositifs expérimentaux sont utilisés pour la réalisation de réseaux ordonnés d’atomes de Rydberg circulaires piégés dans des pinces optiques, la préparation de niveaux de Rydberg circulaires dans des atomes de Strontium et l’obtention d’atomes de Rydberg circulaires protégés de l’émission spontanée, pour atteindre des temps de vie de plusieurs minutes.

© Clément Sayrin, équipe CQED, 2021.

Figure : Au cœur de l’expérience de simulation quantique se trouve un cube en saphir
au centre duquel les atomes de Rydberg circulaires sont piégés dans des pinces optiques

Équipe
Théorie de la Science des Matériaux

Laboratoire

Laboratoire des Solides Irradiés

CNRS UMR7643
CEA-DRF-IRAMIS, Institut Polytechnique de Paris
Ecole Polytechnique
route de Saclay
91128 Palaiseau Cedex

Responsable

Nathalie VAST

Membres permanents

  • Olivier HARDOUIN DUPARC

  • Jelena SJAKSTE

  • Nathalie VAST

Site Internet

Activité scientifique

Notre activité de recherche fondamentale concerne la modélisation de matériaux, surfaces, interfaces et nanostructures pour en étudier les propriétés physiques : structure atomique, défauts, propriétés électroniques, transport électronique, thermique, thermoélectricité.

La modélisation ab initio basée sur la théorie de la fonctionnelle de la densité permet en particulier de prédire de nouvelles structures cristallines, d’étudier les effets de défauts de basse énergie,  de comprendre les processus de couplage  -électron-phonon, phonon-phonon- à l’œuvre dans le transport ou dans la relaxation des électrons chauds.

Les thématiques principales sont :

Les simulations numériques permettent des comparaisons avec de nombreux types d’expérience : spectroscopie d’électrons ou optique pour les électrons et les phonons, mesures de temps de vie, microscopie à force atomique, conductivité électronique et thermiques

Dans le cadre du DIM QuanTiP, ces compétences sont mobilisées pour la modélisation, à l’échelle quantique, de défauts ponctuels tels que le centre azote-lacune dans le diamant, en lien avec des expériences faites au laboratoire LuMIn.

Équipe
Matières et systèmes quantiques

Laboratoire

Laboratoire de physique théorique et de modèles statistiques

UMR 8626
Bâtiment Pascal n° 530
Université Paris-Saclay
rue André Rivière
91405 Orsay CEDEX, FRANCE

Responsable

Olivier GIRAUD

Membres permanents

  • Alberto ROSSO

  • Christophe TEXIER

  • Denis ULLMO

  • Dmitry PETROV

  • Georgy SHLYAPNIKOV

  • Guillaume ROUX

  • Leonardo MAZZA

  • Maurizio FAGOTTI

  • Mikhail ZVONAREV

  • Nicolas PAVLOFF

  • Serguei BRAZOVSKI

  • Stéphane OUVRY

  • Thorsten EMIG

  • Valentina ROS

  • Véronique TERRAS

Site Internet

Activité scientifique

Les objectifs de l’équipe sont la théorie et la modélisation de systèmes classiques et quantiques, l’étude de la complexité liée au désordre, au chaos, à la dimensionnalité, avec des applications à la physique de la matière condensée en physique du solide et en physique atomique et moléculaire. Ces travaux de recherche se situent à l’interface avec les mathématiques, les technologies de l’information, la théorie des jeux.

Les thèmes principaux abordés sont la matière condensée, les fluides quantiques, les défauts topologiques dans les systèmes électroniques, la ferroélectricité et l’ordre de charge dans les conducteurs organiques, les polymères conducteurs, le transport cohérent dans les réseaux mésoscopiques, l’effet Kondo et les points quantiques, la condensation de Bose-Einstein, les fermions fortement corrélés, le transport quantique, l’information quantique.

© Emmanuel Trizac

Figure : Tableau LPTMS.

Équipe
QITe Photonics

Laboratoire

Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques

UMR 7162
10 rue A. Domon et L. Duquet
75013 Paris
France

Responsable

Sara DUCCI

Membres permanents

  • Maria AMANTI

  • Florent BABOUX

  • Sara DUCCI

Site Internet

Activité scientifique

La photonique joue un rôle central dans le développement des technologies de l’information quantique. Un des grands défis vers la diffusion des applications est l’intégration de multiples fonctionnalités sur des puces miniaturisées. Notre groupe développe des sources de photons intriqués et des circuits photoniques quantiques en AlGaAs fonctionnant à température ambiante et aux longueurs d’onde télécom ; grâce à sa structure de bande directe, cette plateforme présente un intérêt évident pour l’injection électrique, ouvrant la voie à la génération, manipulation et détection d’états non-classiques de lumière sur une même puce. Nos recherches portent sur le développement de sources permettant d’encoder l’information de façon versatile dans différents degrés de libertés présentant des atouts intéressants pour les communications, le calcul et la métrologie quantiques. Nous nous intéressons aussi aux dispositifs hybrides III-V sur silicium comme technologie transverse vers des circuits complexes de haute qualité, aux réseaux de guides d’ondes non-linéaires pour la simulation quantique, aux sources de photons intriqués IR-THz pour l’imagerie/sensing quantique. Notre travail va de la conception et la fabrication de dispositifs en salle blanche, à l’ingénierie d’états quantiques de la lumière jusqu’à l’implémentation de protocoles et de réseaux quantiques. Nous collaborons avec des partenaires académiques et industriels dans le cadre de projets à l’échelle régionale, nationale et internationale.

© A. Raymond, F. Baboux, équipe QITePhotonics, 2022.

Figure : Image MEB d’un circuit photonique quantique AlGaAs (réseau de guides d’ondes pour la génération d’états intriqués spatialement).

Équipe
Quantum Dot and Photonic Nanostructures

Laboratoire

Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies

CNRS UMR9001, Université Paris-Saclay
10 boulevard Thomas Gobert
91120 PALAISEAU

Responsable

Sébastien SAUVAGE

Membres permanents

  • Xavier CHECOURY

  • Moustafa EL KURDI

  • Mélanie LEBENTAL

  • Sébastien SAUVAGE

Site Internet

Activité scientifique

Dans des volumes micro et nanométriques de semi-conducteurs, l’équipe exploite le confinement de la lumière et le confinement quantique des électrons pour contrôler et exalter l’interaction lumière-matière.

© Dominique Decanini, 2020.

Figure : Pour l’exploration du chaos quantique et de nouvelles sources de photons uniques, une cavité singulière, en forme ruban de Möbius, exhibe remarquablement un seul bord et une seule surface. Image au Microscope Électronique à Balayage. Fabrication Dominique Decanini (C2N).

Équipe
Relaxation dynamics in quantum gases

Laboratoire

Laboratoire Charles Fabry

UMR8501, Institut d’Optique Graduate School
2, avenue Augustin Fresnel
91127 Palaiseau Cedex

Responsable

Marc CHENEAU

Membres permanents

  • Marc CHENEAU

Site Internet

Activité scientifique

Notre équipe étudie la dynamique de relaxation des gaz quantiques après une extinction. Selon le scénario standard, cette dynamique devrait être pilotée par la propagation de paires de quasi-particules qui se manifestent comme des corrélations à deux points se propageant à travers le système. Alors que cette image a pu être vérifiée dans plusieurs systèmes 1D, sa validité reste incertaine en 2D. En particulier, le diagramme de phase du modèle de Bose-Hubbard 2D présente une région critique quantique où les quasi-particules devraient être de courte durée et où le scénario standard pourrait ne pas s’appliquer. Afin d’observer et de caractériser la dynamique dans ce cas particulier, nous avons construit un nouvel appareil qui produit des gaz de 84Sr ultrafroids en 2D dans des réseaux optiques, et qui comporte un système d’imagerie par microscopie à fluorescence à haute résolution permettant la mesure directe des fonctions de corrélation à deux points.

© Marc CHENEAU, 2021.

Figure : Un objectif de microscope et des électrodes de hauteur à l’intérieur de notre chambre à vide.

Équipe
Spectroscopie des Quasiparticules (SQUAP)

Laboratoire

Matériaux et Phénomènes Quantiques

UMR7162

Responsable

Alain SACUTO

Membres permanents

  • Alexandr ALEKHIN

  • Maximilien  CAZAYOUS

  • Yann GALLAIS

  • Sarah HOUVER

  • Alain SACUTO

Site Internet

Activité scientifique

L’équipe SQUAP s’intéresse à la dynamique des électrons dans les systèmes à fortes corrélations électroniques ou des phases électroniques souvent en compétition se développent. Ces dernières années le groupe s’est principalement intéressé à la compréhension de la supraconductivité non-conventionnelle dans les oxydes de cuivre et les pnictures au fer, les électro-magnons dans les matériaux multiferroïques et leur potentiel applicatif. L’équipe SQUAP porte depuis peu son attention sur la dynamique ultra-rapide des porteurs de charges dans les semi-métaux topologiques de Dirac et de Weyl et les cristaux 2D comme le graphène et les dichalcogénures de métaux de transitions (TMD). Pour étudier ces matériaux nos sondes de prédilection sont la spectroscopie Raman électronique qui donne accès aux excitations électroniques et vibrationnelles de basses énergies et la spectroscopie Térahertz, qui donne accès à la mesure de constantes optiques dans une large gamme de fréquences. Ces deux sont utilisées en statique et en dynamique. Nous nous gérons également d’une plateforme de microscopie Raman couplée à un AFM pour la caractérisation des matériaux qui peuvent être aussi organiques.

© Alexandr Alekhin, 2022.

Figure : Expérience de diffusion Raman électronique dans le visible réalisée dans l’équipe SQUAP (spectroscopie des Quasiparticles ) au laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantique.

Équipe
Phenomèmes Ultrarapides Lumière-Solides (PULS)

Laboratoire

Laboratoire de Physique des Solides

UMR 8502,
Bâtiment 510, Université Paris-Saclay,
91405 Orsay

Responsable

Marino MARSI

Membres permanents

  • Marino MARSI

  • Evangelos PAPALAZAROU

  • Zhesheng CHEN

Site Internet

Activité scientifique

Nous étudions les propriétés électroniques des matériaux quantiques en utilisant des méthodes expérimentales basées sur les lasers ultra-rapides.

Grâce à des techniques avancées comme la photoémission résolue en temps, les impulsions de lumière ultra-rapides donnent l’opportunité d’explorer la dynamique des électrons à l’échelle de la femtoseconde (10-15 s). Cela permet d’observer des phénomènes quantiques fondamentaux comme par exemple la dynamique des porteurs, la diffusion inter- et intra-bande, les modifications photo-induites de la structure des bandes, la durée de vie et la dynamique des états excités, ainsi que des transitions non thermiques de la matière quantique.

© Marino Marsi, 2022.

Figure : Dynamique ultrarapide du cône de Dirac de l’isolant topologique Bi2Te3.