Interactions lumière-matière aux échelles nanométriques

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Aspects fondamentaux de la mécanique quantique

Un axe de recherche en optique quantique a été introduit à l’Institut Fresnel pour développer des connaissances sur l’interaction entre la lumière et la matière à l’échelle atomique.
Ces travaux s’appuient sur une approche d’électrodynamique quantique décrivant la fonction d’onde du photon en interaction avec la matière. Cette approche a été utilisée pour caractériser la causalité spatio-temporelle lors du rayonnement dipolaire [Dur-6, Deb-1], et pour décrire l’intrication entre champ interne et champ sortant d’une cavité à pertes [Deb-1].
Ces nouvelles connaissances en optique quantique permettent de progresser dans la compréhension des phénomènes d’absorption et d’émission de photons aux temps courts (régime de Zénon [Dur-9]).
Par ailleurs l’approche de fonction d’onde du photon apporte un éclairage entièrement nouveau sur les liens entre classique (Maxwell) et quantique et en particulier la transition classique-quantique et l’intrication classique [San-1, Dur-6].
Au cours de ce quadriennal, nous nous sommes également intéressés à la cryptographie quantique en utilisant la théorie de l’information quantique qui permet de résoudre des problèmes non résolus classiquement, plus particulièrement au générateur de nombres aléatoires quantique [Dur-1, Dur-5], à l’encodage quantique [Dur-4] et au clonage quantique [Dur-5].
Des activités de recherche ont également été menées pour tester les fondements de la mécanique quantique (avec l’opérateur temps [Cham-1, Cou-1, Dur-2, Dur-3], ou les limites du principe de superposition quantique [Col-1, Col-2]).
En particulier l’article [Dur- 10] établit un pont entre la double solution de de Broglie, la non-linéarité quantique et les "marcheurs’’ en hydrodynamique (bouncing oil droplets).

Représentation schématique de la self-interaction non-linéaire d’ origine gravitationnelle au niveau des noyaux atomiques, limite possible du principe de superposition quantique [Col-1,Col-2].

REFERENCES

[Cham-1] C. Champenois and T. Durt, Quest for the time-Operator with a Single Trapped Ion, Int. J. Quant. Inf. 9, 189 (2011)
[Col-1] S. Colin, T. Durt, and R. Willox, Can quantum systems succumb to their own (gravitational) attraction ? , Class. Quantum Grav. 31, 245003 (2014)
[Col-2] S. Colin, T. Durt, and R. Willox, Crucial tests of macrorealist and semiclassical gravity models with freely falling mesoscopic nanospheres, Phys. Rev. A 93, 062102 – (2016)
[Cou-1] M. Courbage, T. Durt and M. Saberi, Time decay probability distribution of the neutral meson system and CP-violation, J. Phys. G : Nucl. Part. Phys. 39, 045008 (2012)
[Deb-1] V. Debierre, T. Durt, A. Nicolet, F. Zolla, Spontaneous light emission by atomic Hydrogen : Fermi’s golden rule without cheating, to appear in Phys. Lett. A, (2015)
[Dur-1] T. Durt, F. Vanden Berghe, "Wigner tomographic QKD in dimension strictly larger than 2", Int. Journ. Quant. Inf., vol. 09, issue 5, 1185 (2011)
[Dur-2] T. Durt, Quantum mechanics and the role of time : are quantum systems markovian ? , Int. J. Mod. Phys. B 26, 12430005 (2012).
[Dur-3] T. Durt, Correlations of decay times of unstable quantum systems, International Journal of Modern Physics B 26, 1345015 (2013)
[Dur-4] T. Durt and A. Hermanne, Cryptographic encryption scheme based on metastable excited nuclei, Natural Computing, 13, 487-495 (2014)
[Dur-5] T. Durt, J. Van de Putte, "About optimal cloning and entanglement", Int. J. Quantum Inform. 09, 915 (2011)
[Dur-6] T. Durt and V. Debierre, Coherent states and the quantum classical limit considered from the point of view of entanglement, International Journal of Modern Physics B 27, 1345014 (2013)
[Dur-7] T. Durt, C. Belmonte, L-P Lamoureux, K. Panajotov, F. Vanden Berghe, H. Thienpont, "Study of Fast Quantum Optical Random Number Generators’’, Phys. Rev. A. 87, 2, 022339 (2013)
[Dur-8] T. Durt, G. Demésy, B. Vial, A. Nicolet, V. Debierre, F. Zolla, Absorption in quantum electrodynamic cavities in terms of a quantum jump operator, Physical Review A, 2014
[Dur-9] T. Durt, V. Debierre, I. Goessens, E. Brainis, Fermi’s golden rule beyond the Zeno regime, Physical Review A, (2015)
[Dur-10] T. Durt, Generalized guidance equation for peaked quantum solitons and effective gravity, EPL, 114 10004 (2016), 053829 (2016)
[San-1] N. Sandeau, H. Akhouayri, A. Matzkin, and T. Durt, Experimental violation of Tsirelson’s bound by Maxwell fields, Phys. Rev. A 93