Interaction forte matiere-lumiere dans un circuit mesoscopique supraconducteur

Strong Light Matter Interaction in a Superconducting Mesoscopic Circuit

• Auteur / Autrice : Lou Bernabeu
• Direction : Çağlar Girit
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 10/11/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service de physique de l'état condensé (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : GQ - Groupe Quantronique
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)

Mots clés

Mots clés libres

Qed

Supraconducteur

Electrodynamique quantique sur circuits

Qed

Superconductors

Circuit quantum electrodynamics

Résumé

L'électrodynamique quantique (QED), décrivant la plupart des la physique qui nous entoure, capte l'interaction de la matière (électrons) et le champ électromagnétique (photons). Dans le vide, le couplage entre électrons et photons est faible en raison de la petitesse de la constante de structure fine. En électrodynamique quantique en circuit (cQED) cependant, alors que l'interaction nue électron-photon reste faible, un couplage cohérent a été obtenu en mettant en œuvre une grande finesse cavités telles que la « matière » et le « champ » s'hybrident. Mésoscopique les circuits à semi-conducteurs permettent d'obtenir simultanément des performances élevées les interactions lumière-matière et les corrélations à plusieurs corps en raison de leur propriétés uniques : des corrélations charge-charge existent naturellement et peuvent être réglé, par ex. en accordant la transmission à travers des conducteurs cohérents, et, par la fabrication du circuit, les interactions lumière-charge peuvent atteindre constantes effectives de structure fine de l'ordre de 1. L'objectif principal de ce projet est d'étudier un nouveau domaine de QED, à savoir des circuits quantiques hors d'équilibre en présence à la fois de fortes interactions électron-électron et électron-photon. Deux expériences seront réalisées au cours de cette thèse : la supraconductivité à quelques canaux conducteurs seront couplés à des circuits résonnants micro-ondes optimisés pour permettre une détection efficace des photons émis sur l'électron diffusion. Des circuits micro-ondes à haute impédance seront utilisés pour obtenir un fort couplage QED donnant lieu à une émission multiphotonique et donc de forts effets de contre-action.

Quantum electrodynamics (QED), describing most of the low-energy physics around us, captures the interaction of matter (electrons) and the electromagnetic field (photons). In vacuum the coupling between electrons and photons is weak due to the smallness of the fine-structure constant. In circuit quantum electrodynamics (cQED) however, while the bare electron-photon interaction remains weak, coherent coupling has been achieved by implementing high finesse cavities such that the ‘matter' and the ‘field' hybridize. Mesoscopic solid state circuits allow simultaneously achieving both strong light-matter interactions and many-body correlations due to their unique properties: charge-charge correlations naturally exist and can be tuned, e.g. by tuning the transmission through coherent conductors, and, by circuit fabrication, light-charge interactions can reach effective fine structure constants on the order of 1. The main goal of this project is to investigate a novel domain of QED, namely out-of-equilibrium quantum circuits in presence of both strong electron-electron and electron-photon interactions. Two experiments will be performed during this thesis: superconducting few-channel conductors will be coupled to optimized microwave resonant circuits to enable efficient detection of photons emitted upon electron scattering.High-impedance microwave circuits will be employed to achieve strong QED coupling giving rise to multi-photon emission and thus strong back-action effects.