Simulation quantique de gaz de Fermi déséquilibrés en spin avec imagerie et contrôle à l'échelle de l'atome individuel

Parmi les divers problèmes à N corps pouvant être explorés à l'aide de simulateurs quantiques à base d'atomes, les systèmes fermioniques en interaction occupent une place particulièrement importante, car leur compréhension demeure l'un des grands défis de la physique moderne. Un exemple paradigmatique de tels systèmes est le gaz de Fermi polarisé, c'est-à-dire avec des populations de spin déséquilibrées, pour lequel les calculs théoriques exacts sont extrêmement difficiles. An cours de cette thèse, nous proposons d'étudier le gaz de Fermi polarisé à deux dimensions. Plus précisément, nous nous intéressons à un ensemble de particules de spin 1/2 (haut et bas) dont les interactions et le déséquilibre de spin peuvent être ajustés. Les mesures réalisées sur un simulateur quantique doté d'imagerie et contrôle à l'échelle de l'atome individuel seront comparées à des calculs de Monte Carlo diagrammatique (DiagMC) de pointe. Cette approche permettra un accès direct aux propriétés microscopiques du système, telles que les corrélations spatiales, y compris celles d'ordre élevé. L'objectif de cette thèse est d'étudier deux régimes distincts du gaz de Fermi déséquilibré de spin : (i) le régime à quelques impuretés, impliquant un petit nombre de particules de spin bas ; et (ii) le gaz polarisé, où une population macroscopique de spin bas conduit à une compétition entre l'état superfluide conventionnel et d'autres phases, donnant lieu à un diagramme de phases largement inconnu. Enfin, le régime de rotation rapide sera également abordé, avec la perspective de créer des états de la matière analogues aux états de Hall quantiques. École doctorale : Physique en Ile de France Direction : Tarik YEFSAH Financement : ANR Financement d'Agences de financement de la recherche