Ecole Doctorale
Physique et Sciences de la Matière
Spécialité
PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : PHYSIQUE THEORIQUE ET MATHEMATIQUE
Etablissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Matière condensée,Information quantique,Simulation quantique,,
Keywords
Quantum simulation,Condensed matter,Quantum information,,
Titre de thèse
Dynamiques quantiques sur réseaux
Quantum dynamics over lattices
Date
Vendredi 25 Novembre 2022 à 10:00
Adresse
Faculté des Sciences Site LUMINY
Aix Marseille Université
163 avenue de Luminy
13288 MARSEILLE CEDEX 09 Amphi 12, BAT AMPHI B
Jury
Directeur de these |
M. Alberto VERGA |
Aix Marseille Université |
CoDirecteur de these |
M. Giuseppe DI MOLFETTA |
Aix Marseille Université |
Rapporteur |
Mme Vivien KENDON |
University of Strathclyde |
Rapporteur |
Mme Zoltan ZIMBORAS |
Wigner Research Center for Physics |
Examinateur |
M. Pablo ARRIGHI |
Université de Paris-Saclay |
Examinateur |
M. Paolo PERINOTTI |
Pavia University |
Résumé de la thèse
Le domaine de linformatique quantique a connu ces dernières années un fort développement. Les progrès expérimentaux ont permis de tester les idées théoriques et de nouveaux phénomènes quantiques à plusieurs corps ont pu être découverts. Un example dune telle découverte est le phénomène de scarring dans les dynamiques sur atomes de Rydberg qui sest révélé être un nouveau mécanisme de brisure dergodicité : certains états initiaux nexplorent pas lentièreté de lespace de Hilbert mais restent localisés. Ce type de mécanisme a un potentiel intérêt pour encoder de linformation dans des systèmes quantiques.
Dans cette thèse, on étudie des dynamiques discrètes en espace temps, qui sont des modèles quantiques simples à plusieurs corps. Des examples de ces dynamiques discrètes sont les marches quantiques et les automates cellulaires quantiques. Elles sont écrites en termes de portes quantiques, ce qui les rend adaptées aux plateformes expérimentales.
Dans la première partie de la thèse, on sest intéressé à ces dynamiques discrètes dans le but de simuler un système physique. Plus précisémment, nous proposons un automate cellulaire quantique et montrons sa convergence vers une théorie quantique des champs.
Dans la seconde partie de la thèse, nous investiguons ces dynamiques quantiques hors équilibre et étudions leurs propriétés de thermalisation sous le point de vue de linformation quantique.
Nous proposons une généralisation de la marche quantique telle quelle interagit avec des spins situés sur les liens dun réseau, et nous étudions les propriétés de propagation de laimantation et de lintrication.
Nous étudions ensuite un automate cellulaire quantique et découvrons que parmi les états chaotiques générés par la dynamique une hiérarchie peut émerger.
Les résultats obtenus dans cette thèse découlent de simulations numériques et de calculs analytiques.
Thesis resume
Quantum computing has seen tremendous growth in the last few years. Progress in experimental techniques has allowed theoretical ideas to be tested and new quantum many-body phenomena to be discovered. One example of such a discovery is the scarring phenomenon in Rydberg atoms dynamics which turned out to be a new mechanism for ergodicity breaking : certain initial states do not explore the whole available Hilbert space but remain localized. Such mechanisms might be interesting for encoding information in a quantum system.
In this thesis, we study discrete space time dynamics which are simple quantum many-body models. Examples of such discrete dynamics are quantum walks or quantum cellular automata. They are written in the gate language, which makes them adaptated to experimental platforms.
In the first part of the thesis, we are interested about such discrete dynamics for the purpose of simulating a physical system. More specifically, we propose a quantum cellular automaton and show its convergence towards a quantum field theory.
In the second part of the thesis, we investigate these quantum dynamics out of equilibrium and study their thermalization properties through the lens of quantum information.
We propose a generalization of a quantum walk such that it interacts with spins on a lattice, and we study the propagation of magnetization and entanglement.
We then study a quantum cellular automaton and show evidence that among the chaotic states that are generated by the dynamics some order can emerge.
The results obtained in this thesis are derived from numerical simulations and analytical computations.