Topological coupling between slow and fast quantum systems - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Topological coupling between slow and fast quantum systems

Couplage topologique entre systèmes quantiques lents et rapides

Jacquelin Luneau
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1327315
  • IdRef : 272653837

Résumé

This thesis introduces a notion of topological coupling between quantum systemswith a slow-fast decomposition. I study the dynamics of the slow degrees of freedom, showing that the topological nature of coupling induces a quantized transfer of charge or energy between them. Considering the slow degrees of freedom as classical parameters imposing a timedependence to the fast quantum system, we recover the appearance of a permanent current through this quantum system, discussed previously in the context oftopological pumps. Guided by the goal of a direct measure of this transfer, I propose an experimental realization of such coupling between microwave electromagnetic modes and a superconducting quantum circuit. I study then the nature of the quantum states of the total system, showing that the topological nature of coupling imposes an entanglement between the slow and fast subsystems. Generically, any initial state decomposes into a superposition of states which are separated in phase space by the topological dynamics, thereby creating a cat state. In a last part, I identify two families of initial states of such a system, leading or not to a topological dynamics. This separation in two families of initial states translates into two families of eigenstates of the total system at the same energies.The family of eigenstates associated to a non-trivial topology carries signatures of anon-standard quantum chaos, whereas the one associated to a trivial topology doesnot.
Cette thèse introduit une notion de couplage topologique entre des systèmesquantiques ayant une séparation lent-rapide. J’étudie la dynamique des degrés delibertés lents, montrant que la nature topologique du couplage induit un transfertquantifié d’énergie ou de charge entre ceux-ci. En considérant les degrés de libertéslents comme des paramètres classiques qui imposent une dépendance temporelle ausystème quantique rapide, nous retrouvons l’apparition d’un courant permanent ausein de ce système quantique discuté précédemment dans le contexte des pompestopologiques. Guidé par l’objectif d’une mesure directe de ce transfert, je proposeune réalisation expérimentale d’un tel couplage entre des modes électromagnétiquesmicro-ondes et un circuit quantique supraconducteur. J’étudie ensuite la nature des états quantiques du système complet, montrant que lanature topologique du couplage impose une intrication entre les sous-systèmes lentset rapides. De façon générique, tout état initial se décompose en une superpositiond’états que la dynamique topologique sépare dans l’espace des phases, créant unétat de chat.Dans une dernière partie, j’identifie deux familles d’états initiaux d’un tel système,qui mènent ou non à une dynamique topologique. Cette séparation en deux famillesd’états initiaux se traduit en deux familles d’états propres du système total auxmêmes échelles d’énergies. La famille d’états propres associée à une topologie nontriviale porte des signatures d’un chaos quantique non standard, tandis que celleassociée à une topologie triviale n’en porte pas.
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LUNEAU_Jacquelin_2023ENSL0053_These.pdf (9.06 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04351529 , version 1 (18-12-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04351529 , version 1

Citer

Jacquelin Luneau. Topological coupling between slow and fast quantum systems. Quantum Physics [quant-ph]. Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 2023. English. ⟨NNT : 2023ENSL0053⟩. ⟨tel-04351529⟩
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