Des systèmes quantiques hors de l'équilibre
Si on chauffe ou refroidit de la matière, elle peut changer d'état. À proximité du zéro absolu où les fluctuations thermiques sont absentes, on n'attend pas de changements, mais les fluctuations quantiques restent possibles. Sous l'effet d'une pression ou d'un champ magnétique, cette agitation quantique, très faible à température normale, peut être amplifiée et induire un changement d'état. Les scientifiques estiment que ce point quantique critique détient la clé de nombreuses propriétés mystérieuses de la matière. Dans le cadre du projet QUANTUM QUENCH (Universality in the non-equilibrium dynamics of strongly correlated quantum systems), financé par l'UE, ils ont cherché à mettre en place un cadre théorique pour décrire ce qu'il advient d'un point quantique critique poussé hors de son équilibre. Les chercheurs ont mis l'accent sur un système isolé de son environnement, susceptible de survenir dans des expériences quantiques sur des atomes froids, après perturbation hors de l'équilibre. Pour cette perturbation, les scientifiques ont utilisé une trempe quantique. Ceci revient à modifier brusquement l'un des paramètres du système, puis à laisser le système évoluer tout seul. L'équipe de QUANTUM QUENCH a analysé les propriétés de l'intrication après la trempe, et montré qu'elles ressemblent à des entropies thermodynamiques de l'ensemble généralisé décrivant l'état stable. Les ensembles thermodynamiques classiques échouent à décrire les systèmes quantiques à nombreux corps qui présentent des quantités conservées non triviales. Ces ensembles généralisés tendent plutôt à maximiser leur entropie. Cependant et contrairement à l'opinion des scientifiques, les prévisions des ensembles généralisés ont échoué à décrire l'état stable de la trempe quantique. Les chercheurs ont donc imaginé une autre description théorique pour être en accord avec l'évolution temporelle du système, et ils l'ont calculée numériquement. Cette voie de recherche a conduit finalement à une méthode numérique non perturbatrice pour étudier l'évolution hors équilibre de systèmes en forte interaction. Cette méthode a été comparée aux résultats analytiques exacts publiés dans la littérature sur les trempes quantiques. Les travaux de QUANTUM QUENCH ont ouvert une nouvelle voie pour mieux comprendre les systèmes quantiques fermés à nombreux corps, avec des implications sur les mesures de précision et sur l'informatique quantique.
Mots‑clés
Système quantique à nombreux corps, dynamique hors équilibre, point quantique critique, QUANTUM QUENCH, thermalisation, intrication quantique
