ANR-DFG - Appel à projets générique 2022 - DFG

Couplage fort QED des contacts ponctuels mésoscopiques – StrongQEDmpc

Résumé de soumission

L’électrodynamique quantique (QED) capture l’interaction entre la matière (électrons) et le champ électromagnétique (photons) et décrit ainsi toute la physique de basse énergie qui nous entoure. Bien que la constante de structure fine paramétrant le couplage électron-photon dans le vide soit faible, l’électrodynamique en cavité (CQED) et plus récemment l’électrodynamique quantique des circuits (cQED) ont permis d’obtenir un contrôle sans précédent sur ces systèmes quantiques : l’usage de cavités de grande finesse donne lieu à un couplage cohérent tel que la matière et le champ s’hybrident, même si l’interaction électron-photon reste petite. De nos jours, il reste deux grandes questions à explorer en QED dans la physique atomique et celle de la matière condensée : définir des systèmes où le couplage lumière-matière est fort, mais aussi d’explorer la QED de systèmes à N corps fortement corrélés.
Les circuits mésoscopiques à l’état solide permettent de répondre à ces deux questions grâce à leurs propriétés uniques : les corrélations entre porteurs de charges y existent naturellement et peuvent être ajustées par exemple en modulant la transmission d’un conducteur cohérent, d’un autre côté l’interaction lumière-matière y est fixée par le design micro-onde du circuit et peut atteindre une forte constante de structure fine effective. L’objectif principal de ce projet est donc de comprendre un nouveau domaine de la QED, celui des circuits quantiques hors-équilibre ayant une forte interaction électron-électron, et une forte interaction électron-photon. Nous réaliserons des circuits basés sur des contacts ponctuels quantiques (QPCs) et sur des contacts ponctuels supraconducteurs (SPCs), combinant une simplicité conceptuelle à une complexité de système à N corps. Ces deux systèmes permettent de contrôler expérimentalement de façon très précise la diffusion des électrons à l’échelle du canal unique, en passant de la limite tunnel à la limite fortement corrélée du canal parfaitement transmis. Les QPCs implémentent des corrélations de liquide de Fermi, tandis que les SPCs des corrélations supraconductrices. Nous explorerons deux voies, (1) nous couplerons les contacts ponctuels à des circuits radiofréquence (RF) optimisés afin de détecter efficacement les photons émis par la diffusion des électrons pendant leur passage à travers le conducteur cohérent, et (2) nous utiliserons des circuits de haute impédance donnant lieu à un fort couplage QED. Ce fort couplage se traduit par de l’émission multi-photonique et une forte rétro-action quantique sur la diffusion électronique. Ce projet vise à mettre expérimentalement en évidence ces effets, et à en fournir une compréhension théorique ainsi qu’une description quantitative.
Ce projet franco-allemand combine l’expertise complémentaire de deux groupes expérimentaux et de deux groupes théoriques. Cette collaboration binationale constitue un environnement de recherche unique au sein duquel on pourra s’attaquer à un sujet de recherche compétitif et risqué qui aura des retombées au-delà de la physique mésoscopique à l’état solide.

Coordination du projet

Carles Altimiras (Service de physique de l'état condensé)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

SPEC-CNRS Service de physique de l'état condensé
ICQ Ulm University, Institute for Complex Quantum Systems
SPEC-CEA Service de physique de l'état condensé
JARA IQI RWTH Aachen, JARA Institute for Quantum information

Aide de l'ANR 697 710 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2023 - 36 Mois

Liens utiles

Explorez notre base de projets financés

 

 

L’ANR met à disposition ses jeux de données sur les projets, cliquez ici pour en savoir plus.

Inscrivez-vous à notre newsletter
pour recevoir nos actualités
S'inscrire à notre newsletter