Deux financements advanced ERC accordés à des chercheurs du département

Deux chercheurs du département de Physique de l’ENS, Lydéric Bocquet (LPS, équipe Micromegas) et Michel Brune (LKB, équipe Cavity Électrodynamique en cavité), viennent de recevoir une bourse Advanced ERC 2018. Ils décrivent leur projet et leurs perspectives de recherche pour les prochaines années.

Shadoks, Lydéric Bocquet
Le filtrage et la purification de l’eau reposent traditionnellement sur le concept de tamisage passif à travers des nanopores. Un principe aussi élémentaire de séparation contraste avec les processus membranaires très évolués existant dans la nature, qui exploitent toutes les subtilités du transport actif à travers des canaux. Cela implique des fonctions avancées telles que les pompes ioniques, les canaux ultra-sélectifs ou les nanopores sensibles aux différences de potentiel, qui jouent tous un rôle clé dans de nombreux besoins vitaux et fonctions neuronales.

Le projet Shadoks vise à développer le concept de machines ioniques artificielles, basées sur le transport nanofluidique actif. C’est un projet théorique et expérimental pour étudier de nombreux phénomènes de transport fortement hors-équilibre se produisant à l’échelle nanométrique, en profitant de notre savoir-faire unique dans la construction d’hétérostructures nanofluidiques. Je m’intéresse en particulier au blocage ionique de Coulomb, aux nanopores sensibles aux différences de potentiel, aux pompes ioniques, à l’osmose dynamique. Ces processus permettent de réguler les flux ioniques contre les gradients et d’induire une séparation de charge hors d’équilibre, concevant ainsi le tamisage actif comme une nouvelle voie de séparation et de dessalement. Ces nouveaux blocs élémentaires seront ensuite assemblés pour créer de nouvelles fonctionnalités membranaires bio-inspirées et imiter la machinerie des processus neuronaux. Et pourquoi pas faire un pas sur la voie des processus de calcul neuronaux élémentaires basés sur les machines ioniques artificielles.

Trenscrybe, Michel Brune
TRENSCRYBE propose un concept novateur pour un simulateur quantique (QS) des systèmes de spin.
Les QS visent à une compréhension approfondie de la physique à plusieurs corps, importante pour des questions fondamentales (transport quantique, transitions de phase), mais aussi pour le développement de matériaux nouveaux. Un QS permet de transposer le système d’intérêt en un système de même dynamique, mais avec un accès complet à de nombreuses observables. Il permet l’exploration de régimes dans lesquels les simulations numériques sont difficiles ou impossibles en raison de l’énorme taille de l’espace de Hilbert. Les QS des systèmes de spin sont au centre d’une activité intense, par ex. avec des ions piégés, des dispositifs supraconducteurs, des atomes dans des réseaux optiques ou des atomes de Rydberg à faible moment cinétique.

Je propose avec TRENSCRYBE un QS utilisant des atomes de Rydberg circulaires piégés. Leur émission spontanée micro-ondes peut être inhibée, prolongeant leur durée de vie à quelques minutes. Contrairement aux états de Rydberg ordinaires, ils peuvent être piégés dans des réseaux optiques, ce qui permet de profiter pleinement de leur temps de vie exceptionnel. Je propose une méthode de préparation innovante de chaînes ultra-froides sans défaut avec quelques dizaines d’atomes. Le QS réalise un hamiltonien de spins 1/2 avec interaction plus proches voisins XXZ dans un champ transverse, les états de spin étant codés sur des niveaux circulaires. Je vais d’abord caractériser ce QS sur des évolutions adiabatiques dans le diagramme de phase d’une chaîne 1D de spins fortement corrélés, en privilégiant les régimes où des résultats numériques sont disponibles. J’explorerai les états transitoires par des transitions de phase quantiques et la génération de défauts dans un régime où les prédictions numériques ou théoriques sont difficiles. Je vais réaliser un premier pas vers des réseaux 2D avec des échelles de spin et explorer leurs phases topologiques. La réalisation de TRENSCRYBE ouvrira un champ de nouvelles possibilités pour la simulation quantique des systèmes de spin.