ELECTRODYNAMIQUE QUANTIQUE DE CIRCUIT EN REGIME DE COUPLAGE ULTRAFORT - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2011

Circuit Quantum Electrodynamics in the Ultrastrong Coupling Regime

ELECTRODYNAMIQUE QUANTIQUE DE CIRCUIT EN REGIME DE COUPLAGE ULTRAFORT

Résumé

In cavity quantum electrodynamics (QED), the interaction between an atomic transition and the cavity field is measured by the vacuum Rabi frequency . The analogous term circuit QED has been introduced for Josephson junctions, because superconducting circuits behave as arti ficial atoms coupled to the bosonic field of a resonator. In the regime with the vacuum Rabi frequency comparable to the two-level transition frequency, superradiant quantum phase transitions for the cavity vacuum have been predicted, e.g. within the Dicke model. In my Ph.D thesis, possible implementations of the Dicke model in circuit QED systems are theoretically investigated for di fferent kind of Josephson atoms, both in the case of inductive and capacitive coupling. In the thermodynamic limit of a large number of arti ficial atoms, predictions and constraints are explored for the occurrence of the quantum phase transition, with a doubly degenerate vacuum (ground state) and a spontaneous photonic coherence above a quantum critical coupling. In the finite-size case, the robustness and protection of the vacuum degeneracy in the ultrastrong coupling regime are studied, leading to possible applications for Quantum Computation using multiple resonators. Finally, a generalized Dicke model is proposed for which a doubly superradiant phase with four degenerate vacua is predicted.
En Electrodynamique Quantique en Cavité (" Cavity QED "), l'interaction entre la transition atomique et le champ de la cavité est quantifiée par la fréquence de Rabi du vide. L'expression analogue " circuit QED " a été introduite pour certains circuits supraconducteurs contenant des Jonctions Josephson, parce qu'ils pouvaient se comporter comme des atomes artificiels couplés au mode bosonique du résonateur. Dans le régime où la fréquence de Rabi du vide est comparable à la fréquence de transition du système à deux niveaux, des transitions de phases quantiques superradiantes ont été prédites pour le fondamental du système, par exemple dans le cadre du modèle de Dicke. Des réalisations possibles du modèle de Dicke par des systèmes de circuit QED sont étudiées ici théoriquement dans les cas de couplage capacitif ou inductif. Prédictions et contraintes sont analysées pour l'obtention d'une transition de phase quantique, avec un vide deux fois dégénéré au-dessus d'un point critique quantique. La robustesse et la protection de la dégénérescence du vide dans le régime de couplage ultrafort sont étudiées, et conduisent à de possibles applications en Information Quantique avec des réseaux de plusieurs résonateurs. Finalement, un modèle de Dicke généralisé avec une phase doublement superradiante et un vide quatre fois dégénéré est proposé.
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Dates et versions

tel-00761055 , version 1 (05-12-2012)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00761055 , version 1

Citer

Pierre Nataf. ELECTRODYNAMIQUE QUANTIQUE DE CIRCUIT EN REGIME DE COUPLAGE ULTRAFORT. Physique Quantique [quant-ph]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00761055⟩
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