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Détection quantique : rotations et états cohérents

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Dans cours

PHYS-744: Advanced Topics in Quantum Sciences and Technologies

This course provides an in-depth treatment of the latest experimental and theoretical topics in quantum sciences and technologies, including for example quantum sensing, quantum optics, cold atoms, theory of quantum measurements and open dissipative quantu ...

Description

Cette séance de cours couvre les concepts de la détection quantique, des rotations et des états cohérents, en se concentrant sur la représentation des systèmes à deux niveaux sous la conduite résonnante, la représentation de la sphère de Bloch et les oscillations de Rabi. Il traite également du lien entre la détection et la métrologie, de l'utilisation d'objets quantiques pour les mesures et des limites imposées par les limites quantiques à la précision.

Enseignant·e·s (5)

Vincenzo Savona

De nationalité italienne, Vincenzo Savona est né en 1969. Il effectue ses études de physique à lEcole normale supérieure de Pise et à lUniversité de Pise. Puis il entreprend une thèse de doctorat à lInstitut de physique théorique de lEPFL. Il effectue des recherches post-doctorales à lEPFL, puis à lInstitut de physique de lUniversité Humboldt de Berlin. En 2002, il revient à lEPFL pour y constituer son groupe de recherche, bénéficiant dun subside «professeur boursier» du Fonds national suisse de la recherche scientifique. En 2006, il est nommé professeur assistant tenure-track à lEPFL et intègre le NCCR de photonique quantique. En 2010 il est nommé professeur associé. Actuellement, il dirige le Laboratoire de physique théorique des nanosystèmes.

Jean-Philippe Brantut

I did my PhD at the Institut d'Optique under the direction of Philippe Bouyer and Alain Aspect, before moving to ETHZ in the group of Tilman Esslinger, first as a post-doc then as a senior scientist. There I developed in particular the method allowing for a quantum simulation of nano-electronic devices with ultracold quantum gases.Since september 2016, I hold the Fondation Sandoz chair in physics of quantum gases at EPFL. There, my group has developed the first cold atoms machine combining Fermi gases with cavity-quantum electrodynamics. We use it to explore new ways of measuring and manipulating quantum matter.

Christophe Marcel Georges Galland

J'ai étudié à l'Ecole Polytechnique Paris (X2003) et obtenu mon doctorat en 2010 à l'ETH Zurich pour une thèse en optique quantique sur les nanotubes de carbone, dans le groupe de photonique quantique du Prof. Ataç Imamoglu. En tant que chercheur postdoctoral au Los Alamos National Lab (États-Unis), j'ai étudié la photophysique des boîtes quantiques individuelles dans les groupes de Victor Klimov et Han Htoon. J'étudiais les mécanismes responsables des fluctuations de fluorescence et comment les contrôler. J'ai ensuite rejoint l'Université du Delaware et le groupe de Michael Hochberg pour travailler dans le domaine émergent de l'optique quantique intégrée. Je menais des projets internationaux tels que la réalisation d'une source sur puce de photons corrélés intégrant des filtres optiques et des démultiplexeurs. De 2013 à 2016, je travaillais à l'EPFL dans le groupe du Prof. Kippenberg dans le domaine de l'optomécanique quantique avec une bourse Ambizione du Fonds national suisse pour la recherche scientifique (FNS). Mon travail s'est concentré sur la création d'états vibrationnels non classiques d'oscillateurs mésoscopiques et sur l'amplification des vibrations dans les molécules. Depuis mai 2017, je dirige le Laboratoire de Nano-Optique Quantique à l'EPFL en tant que professeur financé par le FNS au sein de l'Institut de Physique. Mon équipe étudie deux phénomènes principaux: (i) la dynamique vibrationnelle des molécules couplées à des cavités plasmoniques à l'échelle nanométrique, et (ii) les corrélations non classiques médiées par des quanta individuels de vibrations cristallines -- à température ambiante. Nous utilisons des outils spectroscopiques de pointe tels que les lasers femtosecondes et les compteurs de photons uniques pour obtenir de nouvelles informations sur la dynamique à l'échelle sub-nanométrique.

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Concepts associés (32)

Informatique quantique

L'informatique quantique est le sous-domaine de l'informatique qui traite des calculateurs quantiques et des associés. La notion s'oppose à celle d'informatique dite « classique » n'utilisant que des phénomènes de physique classique, notamment de l'électricité (exemple du transistor) ou de mécanique classique (exemple historique de la machine analytique). En effet, l'informatique quantique utilise également des phénomènes de la mécanique quantique, à savoir l'intrication quantique et la superposition.

Two-state quantum system

In quantum mechanics, a two-state system (also known as a two-level system) is a quantum system that can exist in any quantum superposition of two independent (physically distinguishable) quantum states. The Hilbert space describing such a system is two-dimensional. Therefore, a complete basis spanning the space will consist of two independent states. Any two-state system can also be seen as a qubit. Two-state systems are the simplest quantum systems that are of interest, since the dynamics of a one-state system is trivial (as there are no other states the system can exist in).

Incertitude de mesure

vignette|Mesurage avec une colonne de mesure. En métrologie, une incertitude de mesure liée à un mesurage (d'après le Bureau international des poids et mesures). Elle est considérée comme une dispersion et fait appel à des notions de statistique. Les causes de cette dispersion, liées à différents facteurs, influent sur le résultat de mesurage, donc sur l'incertitude et in fine sur la qualité de la mesure. Elle comprend de nombreuses composantes qui sont évaluées de deux façons différentes : certaines par une analyse statistique, d'autres par d'autres moyens.

Sphère de Bloch

vignette|droite|L'état d'un système à deux niveaux, tel qu'un spin 1/2 ou plus généralement un qubit, peut être représenté par un point sur une sphère. La sphère de Bloch, du nom du physicien et mathématicien Félix Bloch, ou sphère de Poincaré (comme cas d'application de celle-ci), est une représentation géométrique d'un état pur d'un système quantique à deux niveaux ; c'est donc, entre autres, une représentation d'un qubit. Il est possible de généraliser la construction de cette sphère à un système à niveaux.

Rotation (physique)

En cinématique, l'étude des corps en rotation est une branche fondamentale de la physique du solide et particulièrement de la dynamique, y compris de la dynamique des fluides, qui complète celle du mouvement de translation. L'analyse du mouvement de rotation se prolonge y compris aux échelles atomiques, avec la dynamique moléculaire et l'étude de la fonction d'onde en mécanique quantique.

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Séances de cours associées (64)

Théorème du Momentum Angulaire

Couvre la force de couple, le théorème du moment angulaire, les effets gyroscopiques et la procession de l'axe de la terre.

Particules dans un potentiel central

Explore le comportement d'une particule dans un potentiel central et son invariance sous rotations.

Momentum angulaire orbital

Explore l'élan angulaire orbital dans la mécanique quantique, y compris les opérateurs de rotation et les valeurs propres.

Rotations: Momentum angulaire

Couvre l'élan angulaire dans les rotations, y compris la préservation des angles et des produits vectoriels.

Mouvement gyroscopique

Couvre en détail la cinématique de roulement, l'énergie cinétique et le mouvement gyroscopique.

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