Description et Contrôle des systèmes pour les technologies quantiques : des spins nucléaires aux atomes froids

Description and Control of systems for quantum technologies : from nuclear spins to cold atoms

• Auteur / Autrice : Etienne Dionis
• Direction : Dominique Sugny
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 24/10/2024
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-2024)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Thomas Chambrion
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Trélat
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christiane Koch, John Martin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Courants électriques

Optique

Optique quantique

Faisceaux laser

Théorie quantique

Mots clés libres

Technologies quantiques

Contrôle quantique

Condensat de Bose-Einstein

Information quantique

Physique mathématiques

Quantum technologies

Quantum control

Bose-Einstein Condensate

Quantum information

Mathematical Physics

Résumé

Cette thèse a pour but l'application de la théorie du contrôle optimal à des expériences de physique quantique. Nous considérons deux expériences du Laboratoire de Collisions - Agrégats - Réactivité de Toulouse visant à manipuler des condensats de Bose-Einstein, et une expérience à l'Institut Walther-Meißner-Institut de Munich, qui a pour objectif de mettre en place des calculateurs quantiques basés sur des circuits supraconducteurs de type fluxonium. Le but est d'amener le système dans un état spécifique permettant la mise en place de calculateurs, simulateurs ou capteurs quantiques. Les systèmes sont contrôlés respectivement par la phase et/ou l'amplitude d'un laser dans un réseau optique et par un courant électrique. Ces contrôles doivent respecter des contraintes dictées par le dispositif expérimental. Ainsi, l'objectif de la thèse est de mettre au point des algorithmes pour calculer numériquement les contrôles répondant aux besoins décrits ci-dessus. Les algorithmes utilisés sont basés sur les méthodes GRAPE et de tir.

The thesis aims to apply optimal control theory to quantum physics experiments. In particular, two experiments at the Collisions - Aggregates - Reactivity Laboratory in Toulouse aim to manipulate Bose-Einstein condensates, and an experiment at the Walther-Meißner-Institut in Munich aims to set up quantum computers based on superconducting circuits. The goal is to bring the system to a specific state allowing the implementation of quantum computers, simulators or sensors. The systems are controlled respectively by the phase and/or amplitude of a laser and by an electric current. These controls must respect constraints dictated by the experimental setup. Thus, the objective of the thesis is to develop algorithms to numerically calculate the controls meeting the needs given above. These algorithms are based on those of GRAPE and the shooting method.