SIM-CIRCUIT — Simulation quantique de physique à N-corps avec des circuits hybrides

Les matériaux dont les électrons sont fortement corrélés exhibent des phénomènes non-conventionnels, avec des applications déjà existantes et de grandes potentialités. Un impact sociétal important est attendu de la compréhension quantitative des mécanismes microscopiques sous-jacents, car cela ouvrirait la voie à l’ingénierie quantique de matériaux présentant de nouvelles propriétés. Toutefois, une difficulté majeure tient à la complexité des matériaux fortement corrélés existants. De plus, même les Hamiltoniens à N-corps simplifiés qui sont utilisés pour modéliser ces matériaux ne peuvent souvent pas être résolus complètement. L’utilisation de simulateurs quantiques constitue une puissante stratégie pour dépasser les barrières théoriques et expérimentales. Le projet consiste à développer, exploiter et analyser des simulateurs quantiques pour l’exploration expérimentale et la compréhension théorique d’une large gamme de phénomènes fortement corrélés et de criticalité quantique, y compris ayant des implications technologiques. Dans ce but, de nouveaux simulateurs quantiques basés sur des circuits électriques seront nano-fabriqués et ajustés in-situ pour présenter une grande variété de transitions de phase quantique continues, et pour émuler la physique corrélée des systèmes 1D en interaction. Des nano-circuits ajustables par effet de champ seront conçus pour permettre une comparaison quantitative, sans aucun paramètre ajustable, avec les prédictions analytiques et numériques. Dans les régimes hors de portée de la théorie, ces dispositifs constitueront de véritables simulateurs quantiques au sens le plus fort. Atteindre ce régime dit de suprématie quantique, ce que nous visons dans ce projet, constitue la justification principale du domaine de recherche consacré à simulation quantique. Par la combinaison avec des développements théoriques, notre but est d’avancer la compréhension de modèles centraux connectés aux fermions lourds, aux supraconducteurs haute Tc et aux conducteurs 1D en présence d’interactions. Nous nous attendons à mettre à jour de nouveaux phénomènes non-conventionnels lors de l’exploration de régimes fortement corrélés jusque-là vierge de toutes investigations expérimentales. Une récente illustration est l’observation par les partenaires 1 et 2 d’une conductance super-balistique, plus élevée que la limite quantique pour les électrons libres, qui n’avait pas été anticipée. Afin d’établir la compréhension la plus complète, cette physique sera abordée à travers une large palette d’approches tirant parti du remarquable arsenal de techniques expérimentales (transport électrique et de chaleur, fluctuations, réponse haute fréquence, températures ultra basses…) et théoriques (théorie des champs conformes, groupe de renormalisation, bosonisation…) à la disposition du consortium. Le projet est structuré en deux grands objectifs : O1) Criticalité quantique dans les modèles de type Kondo généralisé. Dans ce contexte, une compétition pour écranter le spin de l’impureté Kondo donne lieu à des transitions de phase quantiques de natures profondément différentes. O2) Physique fortement corrélée des conducteurs 1D (liquides de Tomonaga-Luttinger et au-delà) avec des circuits mésoscopiques dissipatifs. Le projet est d’étudier la physique 1D avec des circuits permettant de la simuler quantiquement. Simultanément, l’objectif est d’avancer la compréhension des lois quantiques du transport dans de tels circuits quantiques composites.