Décohérence dans les systèmes quantiques fermés – QuDec

L'objectif principal de ce projet est un développement majeur de la théorie de la transition entre états cohérents et états incohérents dans les systèmes quantiques fermés, et son application à un certain nombre de systèmes d'intérêt actuel en physique des solides. Une meilleure compréhension des ces systèmes est importante pour un certain nombre d'applications pratiques.

Notre projet part d'une avancée théorique récente dans laquelle nous avons développé la méthode de cavité pour résoudre le problème de la formation et la destruction des états cohérents dans un modèle quantique extrêmement simplifié. Ce modèle peut être considéré comme un modèle simple de la transition supraconducteur-isolant induite par le désordre. La solution de ce modèle montre que , lorsque le désordre augmente, la supraconductivité est détruite. L'état qui en résulte est un `isolant faible' dans lequel les excitations de basse énergie sont cohérentes tandis que celles de hautes énergies ne le sont pas. Si on augmente encore le désordre, on rencontre une seconde transition de phase où toutes les excitations deviennent cohérentes (`isolant fort'). Une question ouverte essentielle, importante pour l'application de cette théorie aux systèmes de matière condensée, est de savoir si des versions plus élaborées de ce modèle conduisent à un diagramme des phases différent. En particulier, dans quel cas peut-on attendre une transition directe entre l'état ordonné et l'isolant fort, ou bien, à l'opposé, quand doit-on attendre la transition directe vers un état où toutes les excitations sont incohérentes, y compris celles de basse énergie. Un certain nombre de résultats expérimentaux semblent indiquer que les trois scénarios pourraient être possibles, et réalisés dans des systèmes physiques différents. Notre recherche, du côté théorique, va porter sur des développements de notre approche analytique récente, la simulation numérique de petits systèmes, et le développement de nouvelles approches théoriques.

Nous allons appliquer la théorie que nous développerons à la description des données de spectroscopie tunnel sur des films de TiN obtenues par l'un d'entre nous, ainsi qu'à l'analyse de nouvelles données sur les réseaux de jonctions Josephson, actuellement en cours dans le groupe du Prof. Gershenson à Rutgers. Ce volet de notre recherche sera donc effectué en collaboration étroite entre les théoriciens et les groupes expérimentaux, il s'appuiera sur une combinaison de techniques analytiques et numériques. Un des objectifs de la théorie est d'arriver à décrire les caractéristiques courant-tension fortement non-linéaires observées, ce qui demande d'estimer de grands ordres de la théorie de perturbation et de la resommer. Un autre aspect de notre projet consistera en l'évaluation des temps de relaxation des systèmes à deux niveaux situés sur les surfaces isolantes des supraconducteurs. Ces systèmes à deux niveaux limitent les facteurs de qualité des résonateurs et le temps de cohérence des qubits supraconducteurs, la compréhension de cet effet est donc importante pour ces applications. Cette recherche sera aussi effectuée en contact étroit avec les groupes expérimentaux.