Localisation à N corps et réseaux complexes : de nouveaux défis pour l'ergodicité quantique – ManyBodyNet

L'une des principales frontières de la physique moderne concerne l'émergence de régimes quantiques non conventionnels régis par le désordre et les interactions. Malgré les progrès significatifs réalisés ces dernières années, un certain nombre de phénomènes sont encore très mal compris, tels que la localisation à plusieurs corps (acronyme MBL en anglais), qui est profondément liée à la nature non ergodique et vitreuse de certains systèmes quantiques désordonnés. De nouveaux efforts théoriques sont donc nécessaires dans un contexte international très compétitif où de nombreux développements expérimentaux importants sont également en cours. En outre, ces efforts requièrent nécessairement un renforcement de nos outils de modélisation, tels que les modèles de matrices aléatoires, les simulations numériques, ainsi que des développements analytiques avancés, qui sont tous cruciaux pour parvenir à une compréhension plus profonde des nouveaux phénomènes passionnants qui émergent dans ce domaine. Par ailleurs, il est essentiel de maintenir un contact étroit entre les modèles théoriques, les questions fondamentales et les diverses plateformes expérimentales disponibles aujourd'hui, afin de permettre une fertilisation croisée fructueuse.

Pour relever ce défi ambitieux, nous avons mis en place cette nouvelle collaboration composée de 4 nœuds où des compétences uniques et parfaitement complémentaires seront mises en synergie : simulations numériques à haute performance ; théorie des systèmes désordonnés, des graphes et des matrices aléatoires ; systèmes vitreux. Ce projet s'attaque au défi fondamental de la non-ergodicité quantique dans deux contextes clés interconnectés : les géométries complexes et les interactions à plusieurs corps. Cela devrait nous permettre de progresser et d'approfondir notre compréhension du problème MBL, en particulier grâce à l'étude des liens profonds qui existent entre trois domaines de recherche fondamentaux : la MBL, les réseaux complexes, et la théorie des matrices aléatoires. Notre proposition théorique maintiendra toutefois un lien étroit avec les plateformes expérimentales. Comme cette interaction alimente à la fois la théorie et l'expérience, nous prévoyons de stimuler l'exploration de cette dimension dans plusieurs directions. En effet, des discussions productives très récentes avec deux groupes expérimentaux ont permis d'obtenir des informations précieuses et d'adapter notre orientation de recherche. En particulier, nous proposons de nouveaux échanges concrets avec deux équipes expérimentales : Le groupe d'optique quantique d'I. Bloch à LMU, qui prévoit d'utiliser sa nouvelle expérience sur le césium pour contrôler précisément la force d'interaction à l'aide de résonances de Feshbach ; ce dispositif offrant ainsi une plateforme parfaite pour valider un scénario théorique récemment proposé par notre équipe.
Nous sommes également en contact avec le groupe de circuits quantiques supraconducteurs de Q. Ficheux à l'Institut Néel, qui construit une chaîne de spin artificielle avec des couplages accordables basés sur des circuits de fluxonium. Ce système innovant fournira des tests clés pour les questions fondamentales soulevées par les modèles de chaînes d'Ising désordonnées quantiques.


Notre projet ManyBodyNet est unique dans la mesure où, sans doute pour la première fois, il rassemble des expertises très complémentaires et de pointe dans plusieurs domaines liés à la localisation, les interactions, et les systèmes vitreux. Nous pensons également que l'établissement de cette collaboration est un atout majeur pour relever les nombreux défis posés par ce domaine hautement compétitif de la matière condensée au niveau international.