LABORATOIRE DE PHYSIQUE THEORIQUE DE LA MATIERE CONDENSEE


 

Activite de recherche

Intrication et contextualite quantique

Systeme quantique dans un environnement hors-equilibre

Un autre axe de recherche que nous envisageons de poursuivre dans le futur porte sur l'influence d'un environnement hors-equilibre. Un systeme dans un environnement en equilibre thermique, thermalise. Dans le cas hors-equilibre, le systeme atteint en general un etat stationnaire mais les caracteristiques de celui-ci ne sont pas evidentes a priori. Cet etat peut etre, en un certain sens, plus quantique que celui d'equilibre. Nous avons, par exemple, montre qu'un environnement constitue de deux bains thermiques de temperatures differentes peut intriquer quantiquement deux systemes sans interaction directe (et donc totalement decorreles a l'equilibre) [18], ou stabiliser une superposition d'etats mesoscopiquement distincts (etat "chat de Schrodinger") [20] alors que de telles superpositions sont detruites par un environnement a l'equilibre.

Decoherence

L'intrication quantique spontanee de tout systeme avec son environnement joue un role fondamental dans sa dynamique. Sous son influence, l'etat quantique du systeme ne reste pas pur (decoherence) et relaxe en general vers un etat stationnaire [13]. Les modeles d'environnement habituellement consideres consistent en bains thermiques constitues de spins ou d'oscillateurs harmoniques independants. Recemment, des bains plus complexes ont ete etudies. Dans ce cadre, nous nous sommes interesses aux cas d'un bain semiconducteur [19] et de bains de spins en interaction. Pour des interactions de type Ising, nous avons obtenu un ralentissement de la decoherence [11], en accord avec les resultats d'autres etudes. Cependant, si les interactions presentes dans le bain conduisent a l'existence d'une phase ordonnee, nous avons trouve qu'au voisinage de la transition de phase, la decoherence du systeme est extremement rapide si celui-ci est couple aux fluctuations critiques [12].

Le modele de bain de spins que nous avons considere [12] ne nous ayant pas permis d'etudier la phase ordonnee, nous nous interessons actuellement a d'autres environnements presentant plusieurs phases thermodynamiques. Des resultats que nous avons obtenu pour un bain supraconducteur decrit par la theorie BCS, suggerent que la presence d'un ordre dans l'environnement accelere la decoherence [21]. Cependant, d'autres etudes semblent indiquer le contraire. De plus, la theorie BCS decrit mal les fluctuations dans la phase desordonnee et ne donne donc pas le comportement vu dans [12]. L'impact d'une transition de phase n'est donc pas encore entierement compris et nous projetons de continuer a l'etudier.

Relaxations dans un systeme isole

Des phenomenes de relaxation peuvent aussi exister dans un systeme isole, c'est-a-dire sans couplage a un environnement. Nous avons obtenu de telles relaxations dans un systeme aussi simple qu'un gaz parfait confine, pour la densite particulaire [14,15].  Nous avons aussi aborde cette question pour un champ bosonique libre dans deux cavites couplees [16] et pour un tel champ en interaction de type mesure quantique avec un autre systeme [17].  Dans ce dernier cas, nous avons trouve, pour une tres large classe d'observables, que ce systeme et le champ apparaissent correles classiquement aux temps longs, alors meme qu'ils sont maximalement intriques.

 


 

Activite de recherche

Intrication et contextualite quantique

Systeme quantique dans un environnement hors-equilibre

Un autre axe de recherche que nous envisageons de poursuivre dans le futur porte sur l'influence d'un environnement hors-equilibre. Un systeme dans un environnement en equilibre thermique, thermalise. Dans le cas hors-equilibre, le systeme atteint en general un etat stationnaire mais les caracteristiques de celui-ci ne sont pas evidentes a priori. Cet etat peut etre, en un certain sens, plus quantique que celui d'equilibre. Nous avons, par exemple, montre qu'un environnement constitue de deux bains thermiques de temperatures differentes peut intriquer quantiquement deux systemes sans interaction directe (et donc totalement decorreles a l'equilibre) [18], ou stabiliser une superposition d'etats mesoscopiquement distincts (etat "chat de Schrodinger") [20] alors que de telles superpositions sont detruites par un environnement a l'equilibre.

Decoherence

L'intrication quantique spontanee de tout systeme avec son environnement joue un role fondamental dans sa dynamique. Sous son influence, l'etat quantique du systeme ne reste pas pur (decoherence) et relaxe en general vers un etat stationnaire [13]. Les modeles d'environnement habituellement consideres consistent en bains thermiques constitues de spins ou d'oscillateurs harmoniques independants. Recemment, des bains plus complexes ont ete etudies. Dans ce cadre, nous nous sommes interesses aux cas d'un bain semiconducteur [19] et de bains de spins en interaction. Pour des interactions de type Ising, nous avons obtenu un ralentissement de la decoherence [11], en accord avec les resultats d'autres etudes. Cependant, si les interactions presentes dans le bain conduisent a l'existence d'une phase ordonnee, nous avons trouve qu'au voisinage de la transition de phase, la decoherence du systeme est extremement rapide si celui-ci est couple aux fluctuations critiques [12].

Le modele de bain de spins que nous avons considere [12] ne nous ayant pas permis d'etudier la phase ordonnee, nous nous interessons actuellement a d'autres environnements presentant plusieurs phases thermodynamiques. Des resultats que nous avons obtenu pour un bain supraconducteur decrit par la theorie BCS, suggerent que la presence d'un ordre dans l'environnement accelere la decoherence [21]. Cependant, d'autres etudes semblent indiquer le contraire. De plus, la theorie BCS decrit mal les fluctuations dans la phase desordonnee et ne donne donc pas le comportement vu dans [12]. L'impact d'une transition de phase n'est donc pas encore entierement compris et nous projetons de continuer a l'etudier.

Relaxations dans un systeme isole

Des phenomenes de relaxation peuvent aussi exister dans un systeme isole, c'est-a-dire sans couplage a un environnement. Nous avons obtenu de telles relaxations dans un systeme aussi simple qu'un gaz parfait confine, pour la densite particulaire [14,15].  Nous avons aussi aborde cette question pour un champ bosonique libre dans deux cavites couplees [16] et pour un tel champ en interaction de type mesure quantique avec un autre systeme [17].  Dans ce dernier cas, nous avons trouve, pour une tres large classe d'observables, que ce systeme et le champ apparaissent correles classiquement aux temps longs, alors meme qu'ils sont maximalement intriques.

 

Publications

26. Camalet S., "Measure-independent anomaly of nonlocality", arXiv:1709.01420

25. Camalet S., Phys. Rev. Lett., 119 (2017) 110503. "Monogamy inequality for any local quantum resource and entanglement", arXiv:1704.03199

24. Camalet S., Phys. Rev. A, 95 (2017) 062329. "Monogamy inequality for entanglement and local contextuality", arXiv:1612.03427

23. Camalet S., Phys. Rev. A, 94 (2016) 022106. "Simple state preparation for contextuality tests with few observables", arXiv:1605.02640

22. Camalet S., Phys. Rev. A, 91 (2015) 032312. "Entanglement on macroscopic scales in a resonant-laser-field-excited atomic ensemble", arXiv:1407.0944

21. Restrepo J., Camalet S. and Chitra R., EPL 101 (2013) 50005. "Decoherence induced by an ordered environment", arXiv:1207.0726

20. Camalet S., Eur. Phys. J. B, 86 (2013) 176. "Steady Schrodinger cat state of a driven Ising chain", arXiv:1206.2002.

19. Restrepo J., Chitra R., Camalet S. and Dupont E., Phys. Rev. B, 84 (2011) 245109. "Effect of a gap on the decoherence of a qubit"

18. Camalet S., Eur. Phys. J. B, 84 (2011) 467. "Non-equilibrium entangled steady state of two independent two-level systems"

17. Camalet S., Phys. Rev. A, 83 (2011) 042106. "Effectively classically correlated state of a measured system and a bosonic measurement apparatus"

16. Restrepo J. and Camalet S., New J. Phys., 12 (2010) 055011. "Sudden change of the thermal contact between two quantum systems"

15. Camalet S., Phys. Rev. E, 78 (2008) 061112. "Damped bounces of an isolated perfect quantum gas"

14. Camalet S., Phys. Rev. Lett., 100 (2008) 180401. "Joule expansion of a pure many-body state"

13. Camalet S., Eur. Phys. J. B, 61 (2008) 193. "Thermalisation by a boson bath in a pure state"

12. Camalet S. and Chitra R., Phys. Rev. Lett., 99 (2007) 267202. "Enhanced decoherence in the vicinity of a phase transition"

11. Camalet S. and Chitra R., Phys. Rev. B, 75 (2007) 094434. "Effect of random interactions in spin baths on decoherence"

10. Camalet S., Schriefl J., Degiovanni P. and Delduc F., Europhysics Letters, 68 (2004) 37. "Quantum impurity approach to a coupled qubit problem"

9. Camalet S., Kohler S. and Hanggi P., Phys. Rev. B, 70 (2004) 155326. "Shot-noise control in ac-driven nanoscale conductors"

8. Kohler S., Camalet S., Strass M., Lehmann J., Ingold G.-L. and Hanggi P., Chemical Physics, 296 (2004) 243. "Charge transport through a molecule driven by a high-frequency field"

7. Camalet S., Lehmann J., Kohler S. and Hanggi P., Phys. Rev. Lett., 90 (2003) 210602. "Current noise in ac-driven nanoscale conductors"

6. Lehmann J., Camalet S., Kohler S. and Hanggi P., Chem. Phys. Lett., 368 (2003) 282. "Laser controlled molecular switches and transistors"

5. Kohler S., Lehmann J., Camalet S. and Hanggi P., Israel J. of Chem., 42 (2002) 135. "Resonant laser excitation of molecular wires"

4. Kruse K., Camalet S. and Julicher F., Phys. Rev. Lett., 87 (2001) 138101. "Self-propagating patterns in active filament bundles"

3. Camalet S. and Julicher F., New J. Phys., 2 (2000) 241. "Generic aspects of axonemal beating"

2. Camalet S., Duke T., Julicher F. and Prost J., Proc. Nat. Acad. Sc. USA, 97 (2000) 3183. "Auditory sensitivity provided by self-tuned critical oscillations of hair cells"

1. Camalet S., Julicher F. and Prost J., Phys. Rev. Lett., 82 (1999) 1590. "Self-organized beating and swimming of internally driven filaments"