Sonder les propriétés non gaussiennes de gaz de Bose sur réseaux à travers les corrélations atomiques et la statistique universelle du paramètre d'ordre

Probing non-Gaussian features of lattice Bose gases via atom correlations and universal order-parameter statistics

• Auteur / Autrice : Maxime Allemand
• Direction : David Clement
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et Matière
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Charles Fabry
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Gaz Quantiques
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Institut d'Optique
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)

Mots clés

Mots clés libres

Gaz quantiques dans des réseaux optiques

Détection d'atomes uniques

Problème à N corps

Systèmes corrélés

Transition de phase

Tomographie de détecteur

Quantum gases in optical lattices

Single-atom detection

Many-body problem

Correlated systems

Phase transition

Detector tomography

Résumé

L'objectif central de la thèse est d'étudier comment les interactions induisent des corrélations entre particules individuelles et de l'intrication dans des systèmes quantiques à N corps. Comprendre comment l'intrication apparait dans les systèmes quantiques fortement corrélés est une question de physique fondamentale, mais elle revêt également un intérêt central pour le développement des technologies quantiques dont l'objectif est d'utiliser l'intrication pour des calculs et mesures métrologiques quantiques. Cet objectif central sera poursuivi à travers la manipulation et la détection de gaz dégénérés d'Helium metastable. L'équipe d'accueil a récemment démontré, à travers la mesure de corrélations entre atomes individuels dans l'espace des vitesses, la présence de paires d'atomes induites par des interactions faibles. S'appuyant sur ces premiers résultats, un premier objectif consistera à effectuer une mesure d'intrication induite par ces paires dans le régime d'interactions faibles. Un second objectif consistera à étudier le régime d'interaction plus fortes, dans lequel des triplets et des quadruplets devraient apparaitre dans les corrélations à 3 et à 4 corps. L'objectif final sera une mesure de l'intrication induite par ces corrélations à plusieurs corps dans ces gaz fortement corrélés. A cette fin, une évolution importante du dispositif expérimental consistera à la mise en place d'une nouvelle chambre de science qui permettra l'étude de gaz quantiques homogènes.

The central objective of the thesis is to study how interactions induce correlations between individual particles and entanglement in many-body quantum systems. Understanding how entanglement arises in strongly correlated quantum systems is a question of fundamental physics, but it is also of central interest for the development of quantum technologies whose goal is to use entanglement for quantum metrological calculations and measurements. This central objective will be pursued through the manipulation and detection of degenerate metastable Helium gases. The host team has recently demonstrated, through the measurement of correlations between individual atoms in velocity space, the presence of atom pairs induced by weak interactions [1]. Based on these first results, a first objective will be to perform a measurement of entanglement induced by these pairs in the weak interaction regime. A second objective will be to study the strong interaction regime, in which triplets and quadruplets are expected to appear in the 3- and 4-body correlations. The final objective will be a measurement of the entanglement induced by these many-body correlations in the strongly correlated gases. To this end, an important evolution of the experimental setup will consist in the implementation of a new science chamber that will allow the study of homogeneous quantum gases.