Contrôle quantique et thermodynamique quantique

Le contrôle des systèmes quantiques, ce qui implique d’être capable de préparer des systèmes quantiques dans des états initiaux spécifiques, d’induire avec précision des dynamiques bien choisies et de mesurer des systèmes quantiques, est au centre de la plupart des applications et technologies quantiques. La limite de précision d’une opération de contrôle donnée, ainsi que le temps minimum, les fluctuations, l’énergie et les ressources nécessaires à une telle opération de contrôle, sont des questions fondamentales, extraordinairement riches et complexes, et qui doivent encore être pleinement explorées et comprises.

De grands progrès ont été réalisés grâce aux théorèmes fixant certaines limites aux performances réalisables, comme le raccourci vers l’adiabaticité [1], la relation d’incertitude thermodynamique [2,3], la limite de vitesse quantique [4], ainsi que les applications réussies de la théorie du contrôle à Contrôle optimal quantique [5]. Il existe néanmoins de nombreux défis liés aux coûts énergétiques et thermodynamiques, à la dynamique quantique ouverte et à la robustesse des protocoles de contrôle.

L’objectif général du projet de thèse est de répondre à certaines de ces questions, essentielles au développement et à la viabilité des applications et technologies quantiques. Parmi les nombreuses orientations possibles, le projet portera sur les thématiques suivantes :

• Raccourci vers l’adiabaticité et coûts thermodynamiques
• Contrôle quantique optimal en dynamique ouverte
• Coûts thermodynamiques en dynamique ouverte
• Systèmes quantiques ouverts en couplage fort et en régime permanent, techniques analytiques et numériques (Coordonnée de réaction, Pseudo-mode, Transformation Polaron, HEOM).
• Thermodynamique dans les systèmes quantiques autonomes

Notez que lors du développement d’outils, de méthodes et de modèles théoriques, les applications expérimentales pratiques constitueront une préoccupation constante. Les résultats pourraient être conçus pour être testés et utilisés dans certaines des plateformes expérimentales suivantes : résonance nucléaire magnétique (RMN), centres NV, plateformes d’atomes froids (BEC, atomes de Rydberg) et circuits quantiques.

Collaborations possibles sur le projet : Dominique Sugny (ICB Lab, Université de Bourgogne), Stéphane Guérin (ICB Lab, Université de Bourgogne), Cyril Elouard (Université de Lorraine).

Expertises requises : Information Quantique, Systèmes Quantiques Ouverts, et quelques compétences en programmation.

Contact : Les candidats intéressés peuvent envoyer leur curriculum et leur dossier académique à Camille Latune, camille.lombard-latune@u-bourgogne.fr

Les références:

[1] D. Guéry-Odelin, A. Ruschhaupt, A. Kiely, E. Torrontegui, S. Martı́nez-Garaot et JG Muga, Raccourcis vers l’adiabaticité :
concepts, méthodes et applications, Rev. Mod. Phys. 91, 045001 (2019).
[2] AM Timpanaro, G. Guarnieri, J. Goold et GT Landi, Thermodynamic Uncertainty Relations from Exchange Fluctuation
Theorems, Physical Review Letters 123, 090604 (2019).
[3] T. Van Vu et Y. Hasegawa, Relation d’incertitude sous mesure de l’information et contrôle de rétroaction, Journal of Physics
A : Mathematical and Theoretical 53, 075001 (2020).
[4] S. Deffner et S. Campbell, Limites de vitesse quantique : du principe d’incertitude de Heisenberg au contrôle quantique optimal,
Journal of Physics A : Mathematical and Theoretical 50, 453001 (2017).
[5] Q. Ansel, E. Dionis, F. Arrouas, B. Peaudecerf, S. Guérin, D. Guéry-Odelin et D. Sugny, Introduction aux
aspects théoriques et expérimentaux du contrôle optimal quantique, ArXiv e-prints 10.48550 /arXiv.2403.00532 (2024), 2403.00532.