Transition isolant de Mott superfluide dans un fluide quantique de lumière – MISTiQ-Light

Les photons sont d'excellents porteurs d'informations, mais ils n'interagissent généralement pas entre eux. Les atomes interagissent mais
sont difficiles à manipuler et ne bénéficient pas de la boîte à outils de l'optique quantique pour détecter les fluctuations quantiques et l'intrication.
De nombreuses approches ont été proposées afin de marier ces deux systèmes pour la simulation quantique de la matière condensée avec des photons en forte interaction, mais à ce jour, la réalisation de matériaux synthétiques à grande échelle composés de photons optiques fait toujours défaut.

Mon projet vise cet objectif passionnant, à savoir la création de matière photonique synthétique. Il s'appuie sur l'approche originale de l'ingénierie d'une transition de phase quantique dans un fluide de lumière.

Plus précisément, j'étudierai la transition entre le superfluide et l'isolant de Mott pour la lumière se propageant dans un nuage atomique froid et dense. Les photons acquerront une masse effective en raison de l'approximation paraxiale et je générerai et accorderai les fortes interactions photon-photon via une non-linéarité Kerr géante induite par la manipulation des cohérences atomiques. Dans ce régime, les photons se comporteront comme un fluide quantique de lumière et suivront une évolution similaire à celle des gaz quantiques atomiques ultra-froids.

Mon hypothèse principale est qu'un fluide de lumière devrait subir la même transition de phase, pilotée par des fluctuations quantiques, que les gaz quantiques, et qu'un état de lumière à plusieurs corps émergera de cette transition.

Au niveau fondamental, un état d'isolant de Mott de la lumière permet d'explorer des effets véritablement quantiques tels que l'émergence d'analogues de la transition de phase dans les systèmes hors équilibre, la présence d'états d'épuisement quantique et préthermiques et la dynamique d'intrication dans les systèmes à plusieurs corps.
Du point de vue des applications, un isolant de Mott photonique est une source géante de photons uniques (ou de tout état de Fock) avec potentiellement plusieurs centaines de sites de réseau fournissant des états de nombre accordable de photons en parallèle. Cela changera la donne pour les questions de mise à l'échelle dans les technologies quantiques photoniques.