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Équipe Atomes Froids

Le groupe Atomes Froids de Toulouse a été créé au 1 décembre 2007.

Site web http://www.quantumengineering-tlse.org/

Il est constitué actuellement de deux permanents :

David Guéry-Odelin (professeur),

Juliette Billy (maître de conférences),

Étudiants en thèse : Maxime Arnal, Vincent Brunaud et Gabriel Chatelain

L’équipe bénéficie également de l’aide de l’ingénieur de recherche CNRS Stéphane Faure

Nous avons deux types d’activités : l’une expérimentale dédiée à la manipulation de gaz quantiques et l’autre de physique théorique ou numérique consacrée à l’ingéniérie quantique et la physique statistique.

Nos recherches expérimentales ont trait à la manipulation par la lumière de condensats de Bose-Einstein, et plus précisément à la réalisation de simulateurs quantiques à l’aide d’atomes froids.

Les condensats sont obtenus dans un piège hybride grâce à un piège magnétique quadrupolaire auquel on superpose un piège dipolaire optique croisé. Le dispositif expérimental produit des condensats purs de 150 000 atomes, de manière stable et reproductible.

Notre équipe s’intéresse à la physique très riche des gaz quantiques dans des réseaux optiques. Nous avons mis au point une nouvelle méthode de calibration des réseaux optiques [1], et avons étudié le temps tunnel entre deux sites adjacents [2].

Nous avons également étudié la physique de réseaux optiques modulés en phase, et ce dans trois régimes différents :
(1) à basse fréquence, la modulation est à l’origine d’une instabilité dynamique qui engendre à son tour une transition de phase quantique, appelée phase des états alternés ; nous avons montré le rôle des fluctuations quantiques dans la cinétique de cette transition de phase ainsi que le rôle des fluctuations thermiques [3].
(2) à résonance, nous avons observé les transitions interbandes et identifié des raies insensibles aux interactions entre atomes [4].
(3) à haute fréquence, nous avons observé la renormalisation de la profondeur du réseau, ainsi que la signature d’une action combinée du micromouvement et des interactions entre atomes [5].

Actuellement, nous étudions le transport quantique dans un paysage désordonné. Cette ligne de recherche a été développée en relation étroite avec Bertrand Georgeot et Gabriel Lemarié du Laboratoire de Physique Théorique (Toulouse). Nous souhaitons étudier l’effet tunnel assisté par le chaos. Pour cette étude, il sera utile d’utiliser des réseaux optiques très profonds dont la phase et l’amplitude pourront être modulés en temps. Ce système engendre un réseau dynamique de pas ajustable [6]. Il permettra de réaliser un simulateur quantique de réseaux de jonctions Josephson. Nous aurons à coeur également d’étudier le rôle relatif des interactions et de l’effet tunnel dans ces réseaux dynamiques, ainsi que les phénomènes d’interférences multiples qui y prennent place comme par exemple la multifractalité.

Notre équipe s’intéressent également aux nouvelles possibilités d’observations de structures topologiques grâce aux réseaux optiques dépendant du temps.

Pour le volet théorie, nous poursuivons le développement du domaine des Shortcut To Adiabaticity (STA) en mécanique quantique et dans d’autres domaines. Nous avons ainsi montré récemment comme des solutions STA obtenues en l’absence de dissipation peuvent être adaptées à des situations présentant de la dissipation pour tout une classe de problèmes, et en particulier pour la génération d’états intriqués [7]. Nous avons également dans le cadre d’une collaboration avec des collègues de l’ENS Lyon et de l’université d’Orsay montré comment la thermalisation de certains systèmes peut être accélérée, ce travail a donné lieu à des réalisation expérimentales convaincantes [8,9,10,11]. Nous avons également étendu le domaine des STA à la convergence accélérée vers un état stationnaire [12].

[1] C. Cabrera-Gutiérrez, E. Michon, V. Brunaud, T. Kawalec, A. Fortun, M. Arnal, J. Billy and D. Guéry-Odelin, Phys. Rev. A 97, 043617 (2018).
[2] A. Fortun, C. Cabrera-Gutiérrez, G. Condon, E. Michon, J. Billy and D. Guéry-Odelin, Phys. Rev. Lett. 117, 010401 (2016).
[3] E. Michon, C. Cabrera-Gutiérrez, A. Fortun, M. Berger, M. Arnal, V. Brunaud, J. Billy, C. Petitjean, P. Schlagheck, and D. Guéry-Odelin , New Journal of Physics 20, 053035 (2018).
[4] C. Cabrera-Gutiérrez, E. Michon, M. Arnal, V. Brunaud, T. Kawalec, J. Billy, D. Guéry-Odelin, arXiv:1808.00345v1 [cond-mat.quant-gas]
[5] C. Cabrera-Gutiérrez, A. Fortun, E. Michon, V. Brunaud, M. Arnal, J. Billy, D. Guéry-Odelin, arXiv : 1804.02147v1 [cond-mat.quant-gas]
[6] R. Dubertrand, J. Billy, D. Guéry-Odelin, B. Georgeot, G. Lemarié, Phys. Rev. A 94, 043621 (2016).
[7] François Impens and David Guéry-Odelin, ArXiv : 1807.02034v1 [quant-phys]
[8] D. Guéry-Odelin, J. G. Muga, M. J. Ruiz-Montero and E. Trizac, Phys. Rev. Lett. 112, 180602 (2014)
[9] I. A. Martinez, A. Petrosyan, D. Guéry-Odelin, E. Trizac, and S. Ciliberto, Nature Physics, 12, 843–846 (2016).
[10] A. Le Cunuder, I. Martinez, A. Petrosyan, D. Guéry-Odelin, E. Trizac and S. Ciliberto, Appl. Phys. Lett. 109, 113502 (2016).
[11] Marie Chupeau, Benjamin Besga, David Guéry-Odelin, Emmanuel Trizac, Artyom Petrosyan, Sergio Ciliberto, Phys. Rev. E 90, 010104(R) (2018).
[12] S. Faure, S. Ciliberto, E. Trizac, D. Guéry-Odelin, arXiv:1808.01321 [physics.class-ph]

Financements :

ANR COCOA (2018-2021), ANR STATE (2019-2021), Labex NEXT TRAFIC (2015-2018)

Collaborations :

Peter Schlagheck, Université de Liège, Belgique
Gonzalo Muga, University del Pais Basco, Bilbao, Spain
François Impens, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brazil
Emmanuel Trizac, Université Paris-Sud, France
Sergio Ciliberto, ENS Lyon, Lyon, France
Bertrand Georgeot, Gabriel Lemarié and Rémi Dubertrand, LPT Toulouse, France
Christian Miniatura, Singapore et INLN Nice
Naceur Gaaloul and Ernst Rasel, Leibniz Universität, Hannover, Germany
John Martin, Université de Liège, Belgique
Dima Shepelyansky, LPT Toulouse, France
Xi Chen, Shanghai university, China