Tesis: "Simulations quantiques"

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Arnaud, Ludovic. "Statistique de l'interférence quantique et circuits quantiques aléatoires". Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00599990.

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Resumen

Cette thèse présente différents résultats sur deux thèmes relatifs à l'information quantique. Le premier de ces thèmes concerne l'interférence présente dans les algorithmes quantiques, en se basant sur une mesure récemment introduite dans la littérature. Pour ce faire, deux types de modèles statistiques d'algorithmes quantiques ont été utilisés : l'un issu de la théorie des matrices aléatoires (l'ensemble circulaire unitaire CUE), le second étant un ensemble de circuits quantiques construits comme des séquences aléatoires de portes quantiques. Les résultats analytiques et numériques obtenus dans cette thèse montrent qu'en moyenne tout algorithme quantique contient une grande quantité d'interférence. L'influence de la décohérence engendrée par un bain thermique sur le comportement statistique de l'interférence a aussi était étudiée, entre autre grâce à l'utilisation de méthodes mathématiques d'intégrations sur le groupe unitaire U(N). Le deuxième thème étudié concerne la possibilité d'utiliser des algorithmes quantiques pour créer efficacement des ensembles de matrices aléatoires distribuer selon CUE. Pendant les travaux sur l'interférence, une équivalence entre CUE et le modèle de circuits quantiques aléatoires fût observée. Les résultats numériques de cette thèse montrent que certaines quantités statistiques propres à CUE sont bien reproduites par le modèle de séquences aléatoires, ceci de manière efficace, dans le sens où les séquences sont constituées d'un nombre de portes qui augmente comme le logarithme de la taille des matrices produites. Ces résultats sont en parfait accord avec des travaux analytiques récemment publiés.

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Gaillard, Philippe. "Modélisation de la croissance de boîtes quantiques sous contrainte élastique". Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4303/document.

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Resumen

La formation et la morphologie des boîtes quantiques est un sujet d'un grand intérêt, ces structures ayant de nombreuses application potentielles, en particulier en microélectronique et optoélectronique. Cette thèse porte sur l'étude théorique et numérique de la croissance et de la morphologie d'ilots par épitaxie par jet moléculaire. Un premier modèle de croissance est une étude non-linéaire de l'instabilité de type Asaro-Tiller-Grinfeld, il convient pour les systèmes à faibles désaccords de maille, et est plus spécifiquement appliquée au cas où le désaccord de maille est anisotrope (voir le cas du GaN sur AlGaN). Le calcul de l'instabilité que nous avons effectué prend en compte les effets élastiques causés par le désaccord de maille, les effets de mouillage et les effets d'évaporation. La résolution numérique de l'instabilité nous permet de constater une croissance plus rapide dans le cas anisotrope comparé au cas isotrope, ainsi que la croissance d'ilots fortement anisotropes.Le deuxième modèle est basé sur des simulations Monte Carlo cinétiques, qui permettent de décrire la nucléation d'ilots 3D. Ces simulations sont utilisées pour les systèmes à fort désaccord de maille, comme Ge sur Si. Nos simulations prennent en compte la diffusion des adatomes, les effets élastiques, et un terme simulant la présence de facettes (105). Des ilots pyramidaux se formaent, conformément aux expériences et subissent un mûrissement interrompu. Les résultats obtenus ont été comparés au cas de la nucléation 2D, et on retrouve en particulier une densité d'ilots en loi de puissance par rapport au rapport D/F du coefficient de diffusion et du flux de déposition
The growth and morphology of quantum dots is currently a popular subject as these structures have numerous potential uses, specifically in microelectronics and optoelectronics. Control of the size, shape and distribution of these dots is of critical importance for the uses that are being considered. This thesis presents a theoretical and numerical study of the growth of islands during molecular beam epitaxy. In order to study these dots, we used two models : a nonlinear study of an Asaro-Tiller-Grinfeld like instability, and kinetic Monte Carlo simulations. The first model is appropriate for low misfit systems, and is detailed in the case where misfit is anisotropic (this is the case when depositing GaN on AlGaN). In this case we took into account elastic effects, wetting effects and evaporation. Numerical calculations show faster growth, compared to the isotropic misfit case, and the growth of strongly anisotropic islands.The second model is based on kinetic Monte Carlo simulations that can describe 3D island nucleation. We use these simulations to study systems with high misfits, specifically Ge on Si. Adatom diffusion on a surface is considered and takes into account elastic effects, and surface energy anisotropy, that allows us to stabilize (105) facets. Simulation results show the growth of pyramid-shaped 3D islands, as observed in experiments, and their ripening is interrupted. The results of these simulations are then compared to the case of 2D nucleation, and we find that several of the known 2D properties also apply to 3D islands. Specifically, island density depends on a power law of D/F, the diffusion coefficient divided by the deposition flux

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Gonon, Benjamin. "Simulations quantiques non-adiabatiques d’un photo-interrupteur moléculaire vers un dialogue expérience-théorie". Thesis, Montpellier, 2017. http://www.theses.fr/2017MONTT186/document.

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Resumen

Cette thèse a pour objet l’étude et le contrôle de la photo-réactivité d’interrupteurs moléculaires, en particulier la photo-isomérisation des spiropyranes. Ce travail théorique a été réalisé en collaboration étroite avec l’équipe expérimentale PFL de l’ICB à Dijon. Des simulations de dynamique quantique non-adiabatique ont été réalisées afin de reproduire et rationaliser les résultats expérimentaux de spectroscopie d’absorption transitoire résolue en temps. Ces expériences ont montré une photo-réactivité ultra-rapide (~ 100 fs) suite à une excitation par une pulse LASER ultra-court. Celle-ci est interprétée comme un mécanisme de conversion interne entre le premier état électronique excité singulet et l’état fondamental via une intersection conique. L’étude théorique a utilisé la réaction d’ouverture de cycle du benzopyrane comme modèle. Les développements réalisés ont porté sur : (1) L’exploration du mécanisme réactionnel et le calcul de surfaces d’énergie potentielle via des méthodes de chimie quantique post-CASSCF perturbatives (XMCQDPT2). Cette analyse a montré des résultats variant fortement par rapport à ceux relevés dans la littérature à des niveaux de calcul moins élevés. (2) Le développement d’un modèle de surfaces d’énergie potentielle électronique par la construction d’un hamiltonien diabatique à partir de données ab initio XMCQDPT2. Du fait de l’importante anharmonicité de l’état électronique fondamental, nous avons mis en place une approche effective en rupture avec les études antérieures. (3) La réalisation de simulations de dynamique quantique non-adiabatique par la méthode MCTDH. Les résultats obtenus sont en très bon accord avec les résultats expérimentaux. L’inclusion explicite du pulse LASER a permis de reproduire et de rationaliser l’effet de contrôle par mise en forme d’impulsion observé expérimentalement. Ce travail a ainsi permis la mise en place d’une collaboration et d’un dialogue théorie/expérience effectifs
This thesis adresses the study and control of the photo-reactivity of molecular switches, here the photo-isomerisation of spiropyrans. This theoretical work has been achieved in close collaboration with the experimental team PFL within the ICB in Dijon. Non-adiabatic quantum dynamics simulations were carried out so as to reproduce and rationalise the experimental results from time-resolved transient absorption spectroscopy. Such experiments have demonstrated ultra-fast photo-reactivity (~ 100 fs) following excitation by an ultra-short LASER pulse. It is interpreted as an internal conversion mechanism between the first singlet excited eletronic state and the ground state via a conical intersection. The theoretical study used the ring-opening reaction of benzopyran as a model. Developments were made regarding: (1) The exploration of the reaction mechanism and the computation of potential energy surfaces with perturbative, post-CASSCF quantum chemistry methods (XMCQDPT2). This investigation showed that results changed significantly compared to those reported in the literature with lower-level calculations. (2) The generation of a diabatic Hamiltonian based on ab initio XMCQDPT2 data. Owing to the significant anharmonicity in the ground electronic state, we designed a new effective approach, quite different from the previous studies. (3) The production of non-adiabatic quantum dynamics simulations using the MCTDH method. The results thus obtained are in excellent agreement with the experimental ones. Including explicitly the LASER pulse allowed us to reproduce and rationalise the action of pulse shaping on control observed in experiments. The present work thus made possible the succesful implementation of a theoretical/experimental collaboration

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Giuriato, Umberto. "Dynamique des particules actives dans les superfluides et leur interaction avec les vortex quantiques". Thesis, Université Côte d'Azur, 2020. http://www.theses.fr/2020COAZ4062.

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Les superfluides sont des fluides non visqueux dans lesquels la vorticité se concentre sur des filaments ayant une circulation quantifiée. Ces objets, appelés vortex quantiques, possèdent un comportement hydrodynamique. Expérimentalement, la dynamique des superfluides est souvent étudiée en utilisant des particules. Les particules sont aujourd’hui devenues l’outil principal pour visualiser les vortex quantiques. Dans cette thèse, nous étudions numériquement et analytiquement la dynamique des particules actives et de taille finie dans les superfluides. Le superfluide est modélisé avec l’équation Gross–Pitaevskii, tandis que les particules sont implémentées comme des potentiels répulsifs mobiles couplés avec la fonction d’onde macroscopique décrivant le superfluide. Le modèle est utilisé pour étudier l’interaction entre les particules et les tourbillons quantiques à très basse température. Cette première partie vise à donner un contexte théorique aux expériences actuelles dans lesquelles des particules macroscopiques sont utilisées pour échantillonner les vortex superfluides et la turbulence quantique. Plus précisément, nous abordons les problèmes suivants : la capture d’une particule par un vortex quantique, les reconnexions des filaments de vortex et la propagation des ondes Kelvin en présence de particules piégées, ainsi que la dynamique des particules dans la turbulence quantique en déclin. Dans la dernière partie du manuscrit, les effets de température finis sont étudiés dans le modèle Gross–Pitaevskii avec une troncature spectrale. L’objectif est de caractériser la dynamique des impuretés immergées dans un bain thermal et comment leur présence modifie les propriétés statistiques du fluide. En particulier, le mouvement aléatoire des impuretés et la dépendance en température du coefficient de frottement sont étudiés. Enfin, le clustering des impuretés et son effet sur les transitions de phase du condensat sont examinés
Superfluids are inviscid flows in which vorticity is supported on filaments with quantized circulation. Such objects, known as quantum vortices, exhibit a hydrodynamical behavior. Experimentally, the dynamics of superfluids has been studied by using particles, which nowadays have become the main tool for visualizing quantum vortices. In this Thesis, we study numerically and analytically the dynamics of active and finite-size particles in superfluids. The superfluid is modeled with the Gross–Pitaevskii equation, while the particles are implemented as moving repulsive potentials coupled with the macroscopic wave function describing the superfluid. Firstly, the model is used to investigate the interaction between particles and quantum vortices at very low temperatures. This part aims to give a theoretical background to the current experiments in which macroscopic particles are used to sample superfluid vortices and quantum turbulence. Specifically, we address the following problems: the capture of a particle by a quantum vortex, the reconnections of vortex filaments and the propagation of Kelvin waves in presence trapped particles and the dynamics of particles in decaying quantum turbulence. In the last part of the manuscript, finite temperature effects are studied in the Fourier-truncated Gross–Pitaevskii model. The goal is to characterize the dynamics of impurities immersed in a thermal bath and how their presence modifies the statistical properties of the fluid. In particular, the random motion of the impurities and the temperature dependence of the friction coefficient are studied. Finally, the clustering of impurities and its effect on the phase transitions of the condensate are investigated

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Domenge, Jean-Christophe. "Brisures de symétrie dans les modèles de Heisenberg classiques et quantiques en deux dimensions". Paris 6, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00010943.

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Forets, Irurtia Marcelo Alejandro. "Marches quantiques et mécanique quantique relativiste". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAM028/document.

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Cette thèse étudie deux modèles de calcul: les marches quantiques (QW) et les automates cellulaires quantiques (QCA), en vue de les appliquer en simulation quantique. Ces modèles ont deux avantages stratégiques pour aborder ce problème: d'une part, ils constituent un cadre mathématique privilégié pour coder la description du système physique à simuler; d'autre part, ils correspondent à des architectures expérimentalement réalisables.Nous effectuons d'abord une analyse des QWs en tant que schéma numérique pour l'équation de Dirac, en établissant leur borne d'erreur globale et leur taux de convergence. Puis nous proposons une notion de transformée de Lorentz discrète pour les deux modèles, QW et QCA, qui admet une représentation diagrammatique s'exprimant par des règles locales et d'équivalence de circuits. Par ailleurs, nous avons caractérisé la limite continue d'une grande classe de QWs, et démontré qu'elle correspond à une classe d'équations aux dérivées partielles incluant l'équation de Dirac massive en espace-temps courbe de $(1+1)$-dimensions.Finalement, nous étudions le secteur à deux particules des automates cellulaires quantiques. Nous avons trouvé les conditions d'existence du spectre discret (interprétable comme une liaison moléculaire) pour des interactions à courte et longue portée, à travers des techniques perturbatives et d'analyse spectrale des opérateurs unitaires
This thesis is devoted to the development of two well-known models of computation for their application in quantum computer simulations. These models are the quantum walk (QW) and quantum cellular automata (QCA) models, and they constitute doubly strategic topics in this respect. First, they are privileged mathematical settings in which to encode the description of the actual physical system to be simulated. Second, they offer an experimentally viable architecture for actual physical devices performing the simulation.For QWs, we prove precise error bounds and convergence rates of the discrete scheme towards the Dirac equation, thus validating the QW as a quantum simulation scheme. Furthermore, for both models we formulate a notion of discrete Lorentz covariance, which admits a diagrammatic representation in terms of local, circuit equivalence rules. We also study the continuum limit of a wide class of QWs, and show that it leads to a class of PDEs which includes the Hamiltonian form of the massive Dirac equation in (1+1)-dimensional curved spacetime.Finally, we study the two particle sector of a QCA. We find the conditions for the existence of discrete spectrum (interpretable as molecular binding) for short-range and for long-range interactions. This is achieved using perturbation techniques of trace class operators and spectral analysis of unitary operators

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Lévi, Benjamin. "Simulation de systèmes quantiques sur un ordinateur quantique réaliste". Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007592.

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Introduite il y a une vingtaine d'années, l'informatique quantique promet d'accélérer de manière spectaculaire la résolution de certains problèmes en proposant un nouveau moyen physique de calculer. L'un des avantages principaux des ordinateurs quantiques est qu'ils permettent de simuler efficacement des systèmes quantiques physiques, sans se heurter à la croissance exponentielle des ressources nécessaires. Cette étude montre qu'une dynamique complexe peut être simulée de manière fiable et efficace sur un ordinateur quantique réaliste. Des algorithmes quantiques sont présentés pour simuler deux modèles importants du chaos quantique, le rotateur pulsé quantique et le modèle de Harper pulsé, qui ont des applications en physique atomique et physique du solide. Les méthodes employées se généralisent à toute une classe de modèles, les applications pulsées. Les effets de petites erreurs unitaires ou d'imperfections statiques sur ces modèles ont été caractérisés. Il a été ainsi mis en évidence que certaines quantités physiques sont robustes face à des imperfections modérées, alors que d'autres y sont très sensibles. Le comportement de ces quantités en présence d'erreur dépend également du jeu de paramètres considéré. De même, selon le régime des quantités physiques peuvent être extraites efficacement, avec un gain au moins polynomial par rapport à une simulation sur un ordinateur classique. La plupart des algorithmes présentés ici sont très économes, applicables avec un petit nombre de qubits, et demandent un nombre de portes qui varie polynomialement avec la taille du registre. Ils sont donc bien adaptés pour une implémentation expérimentale dans les prochaines années.

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Di, Molfetta Giuseppe. "Discrete time quantum walks : from synthetic gauge fields to spontaneous equilibration". Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066220/document.

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Les simulateurs quantiques, qui utilisent un système quantique contrôlable pour étudier le comportement et les propriétés d'un autre système quantique, moins accessible, sont une ressource prometteuse. Dans les dernières années, des progrès significatifs ont été faits dans de nombreux domaines expérimentaux et théoriques. Les marches quantiques à temps discret sont des systèmes simples et sophistiqués. En particulier, il a été montré qu'à la limite continue, ces marches peuvent simuler certaines théories de champs. Dans ce travail de thèse, lesdites marches sont utilisées pour explorer certains sujets d'intérêt physique, qui s'articulent autour de trois axes : (i) la connexion entre les propriétés géométriques de la marche et celles de divers champs de jauge ; (ii) la limite classique et la limite quasi-quantique, en relation surtout avec les théories de champs ; (iii) l'équilibration spontanée pour certains modèles non linéaires de marches quantiques. Chaque résultat est appuyé par une étude numérique et analytique
Problems too demanding for classical computers can be approached promisingly with quantum simulators, which operate using one controllable quantum system in order to investigate the behavior and properties of a less accessible one. Over the past few years, significant progress has been made in a number of experimental and theoretical fields. Quantum Walks (QWs) are simple and sophisticated discrete space and time dynamical systems and it has been shown that in the continuous limit different emergent quantum fields can be simulated. In this thesis we will draw on QWs to further explore various areas of interest in Physics. More specifically our analysis will branch out into three main directions: (i) the connection between QWs and quantum field theory, with particular attention to bridging the quantum coin of QWs with the geometrical properties of gauge field theories; (ii) the study of QWs' classical limit and of the transient semi-classical dynamics, especially in relation with field theories; (iii) the spontaneous equilibration and thermalization in some nonlinear QWs-like models. Every step of this thesis will be validated by specific analytical results and numerical implementations

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Gondret, Victor. "On the entanglement of quasi-particles in a Bose-Einstein Condensate". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2025. http://www.theses.fr/2025UPASP005.

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Ce mémoire de thèse traite de la non-séparabilité de paires de quasi-particules excitées par résonance paramétrique. Le dispositif expérimental utilisé pendant cette thèse permet de produire un condensat de Bose-Einstein d'hélium métastable. L'utilisation d'un gaz d'atomes ultra-froid permet d'atteindre des températures suffisamment basses afin de pouvoir observer des phénomènes intrinsèquement quantiques : la non-séparabilité de l'état. Dans ce travail, nous utilisons le condensat comme un réservoir cohérent permettant de peupler deux modes d'impulsions. L'avantage de l'hélium métastable est sa grande énergie interne, qui permet la détection électronique de particules uniques. Nous mesurons donc la position et le temps d'impact des particules après un temps de vol de 308 ms, ce qui permet de reconstruire la distribution en impulsion dans le piège. Dans la première contribution théorique de ce travail, nous démontrons que la mesure des fonctions de corrélation à deux et quatre corps permet de quantifier la non-séparabilité d'un état gaussien. Nous dérivons également un critère permettant d'attester la séparabilité de l'état via la seule mesure la fonction de corrélation à deux corps. Dans la partie expérimentale, nous améliorons la machine permettant de produire notre gaz ultra-froid, ainsi que sa stabilité. Par ailleurs, nous mettons en œuvre des techniques originales afin de dévier une partie des atomes et éviter la saturation de notre détecteur. Ces améliorations nous permettent ainsi d'observer la non-séparabilité de l'état
This thesis focuses on the non-separability of pairs of quasi-particles excited by parametric resonance. The experimental setup used here allows the production of a Bose-Einstein condensate of metastable helium. The use of an ultra-cold atomic gas makes it possible to reach sufficiently low temperatures to observe intrinsically quantum phenomena: the non-separability of the state. In this work, we use the condensate as a coherent reservoir to populate two momentum modes. The advantage of metastable helium is its high internal energy, which allows the electronic detection of single particles. We therefore measure the position and the time of impact of the particles after a time of flight of 308 ms, which allows us to reconstruct the in-trap momentum distribution. In the first theoretical contribution of this work, we demonstrate that measuring the two- and four-body correlation functions not only attests to, but also quantifies the non-separability of a Gaussian state. We also derive a new entanglement witness using only the two-body correlation function. In the experimental part, we improve the machine used to produce our ultra-cold gas and enhance its stability. We implement original techniques to deflect part of the atoms and avoid the saturation of our detector. These improvements allow us to observe the non-separability of the state

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Marquez, Martin Ivan. "Quantum walks : background geometry and gauge invariance". Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0698.

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Les dénommées marches quantiques, évolutions quantiques locales sur graphes discrets, sont un outil très pratique pour simuler certains systèmes physiques. Nous nous limiterons à leur version à temps discret, les marches quantiques à temps discret (MQTD). Dans certaines limites en espace-temps continu, ces marches quantiques coïncident avec des équations d’onde pour fermions relativistes, dont l’archétype et pilier est l’équation de Dirac. Dans la présente thèse, nous poursuivons l'étude des propriétés des MQTD comme possibles schémas de simulation quantique. Nous pouvons résumer nos résultats en trois parties: i) Nous introduisons un schéma MQTD permettant de simuler, dans la limite au continu, la dynamique de fermions relativistes dans une théorie de branes; ceci ouvre la possibilité d’étudier différents modèles de théories Kaluza-Klein; ii) Nous discutons l’invariance de jauge U(1), i.e., électromagnétique, des MQTD, nous comparons notre modèle aux invariances précédemment introduites dans la littérature; notre invariance de jauge présente de fortes similitudes avec celle des théories de jauge sur réseau; iii) Nous introduisons des MQTD sur grilles non-rectangulaires, plus précisément, triangulaires et hexagonales, avec toujours comme condition de retrouver l’équation de Dirac au continuum; ces modèles peuvent être étendus au moyen d’opérateurs unitaires locaux spatio-temporelle inhomogènes et n’agissant que sur l’espace interne du marcheur, afin de générer dans la limite au continu l’équation de Dirac en espace-temps courbe
There are many problems that cannot be solved using current classical computers. One manner to approach a solution of these systems is by using quantum computers. However, building a quantum computer is really challenging from the experimental side. Quantum simulators have been capable to solve some of these problems, as they are realizable experimentally. Discrete Time Quantum Walks (DTQWs) have been proved to be an useful tool to quantum simulate physical systems. In the continuous limit, a family of differential equations can be achieved, in particular, the Dirac equation can be recovered. In this thesis we study QWs as possible schemes for quantum simulation. Specifically, we can summarize our results in: i) We introduce a QW-based model in which a brane theory can be simulated in the continuum, opening the possibility to study more general theories with extra dimensions; ii) Electromagnetic gauge invariance in QWs is discussed, presenting some similarities and differences to previous models. This QW model also makes a connection to gauge invariance in lattice gauge theories (LGT); iii) We introduce QWs over non-rectangular lattices, such a triangular or honeycomb structures, for the purpose of simulating the Dirac equation in the continuum. We also extent these models, by introducing local coin operators, that allow us to reproduce the dynamics of quantum particles under a curved space time

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Bidzhiev, Kemal. "Out-of-equilibrium dynamics in a quantum impurity model". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS352/document.

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Le domaine des problèmes quantiques à N-corps à l'équilibre et hors d'équilibre sont des sujets majeurs de la Physique et de la Physique de la matière condensée en particulier. Les propriétés d'équilibre de nombreux systèmes unidimensionnels en interaction sont bien comprises d'un point de vue théorique, des chaînes de spins aux théories quantiques des champs dans le continue. Ces progrès ont été rendus possibles par le développement de nombreuses techniques puissantes, comme, par exemple, l'ansatz de Bethe, le groupe de renormalisation, la bosonisation, les états produits de matrices ou la théorie des champs invariante conforme. Même si les propriétés à l'équilibre de nombreux modèles soient connues, ceci n'est en général pas suffisant pour décrire leurs comportements hors d'équilibre, et ces derniers restent moins explorés et beaucoup moins bien compris. Les modèles d'impuretés quantiques représentent certains des modèles à N-corps les plus simples. Mais malgré leur apparente simplicité ils peuvent capturer plusieurs phénomènes expérimentaux importants, de l'effet Kondo dans les métaux aux propriétés de transports dans les nanostructures, comme les points quantiques. Dans ce travail nous considérons un modèle d'impureté appelé "modèle de niveau résonnant en interaction" (IRLM). Ce modèle décrit des fermions sans spin se propageant dans deux fils semi-infinis qui sont couplés à un niveau résonant -- appelé point ou impureté quantique -- via un terme de saut et une répulsion Coulombienne. Nous nous intéressons aux situations hors d'équilibre où un courant de particules s'écoule à travers le point quantique, et étudions les propriétés de transport telles que le courant stationnaire (en fonction du voltage), la conductance différentielle, le courant réfléchi, le bruit du courant ou encore l'entropie d'intrication. Nous réalisons des simulations numériques de la dynamique du modèle avec la méthode du groupe de renormalisation de la matrice densité dépendent du temps (tDMRG), qui est basée sur une description des fonctions d'onde en terme d'états produits de matrices. Nous obtenons des résultats de grande précision concernant les courbes courant-voltage ou bruit-voltage de l'IRLM, dans un grand domaine de paramètres du modèle (voltage, force de l'interaction, amplitude de saut vers le dot, etc.). Ces résultats numériques sont analysés à la lumière de résultats exacts de théorie des champs hors d'équilibre qui ont été obtenus pour un modèle similaire à l'IRLM, le modèle de Sine-Gordon avec bord (BSG). Cette analyse est en particulier basée sur l'identification d'une échelle d'énergie Kondo et d'exposants décrivant les régimes de petit et grand voltage. Aux deux points particuliers où les modèles sont connus comme étant équivalents, nos résultats sont en accord parfait avec la solution exacte. En dehors de ces deux points particuliers nous trouvons que les courbes de transport de l'IRLM et du modèle BSG demeurent très proches, ce qui était inattendu et qui reste dans une certaine mesure inexpliqué
The fields of in- and out-of-equilibrium quantum many-body systems are major topics in Physics, and in condensed-matter Physics in particular. The equilibrium properties of one-dimensional problems are well studied and understood theoretically for a vast amount of interacting models, from lattice spin chains to quantum fields in a continuum. This progress was allowed by the development of diverse powerful techniques, for instance, Bethe ansatz, renormalization group, bosonization, matrix product states and conformal field theory. Although the equilibrium characteristics of many models are known, this is in general not enough to describe their non-equilibrium behaviors, the latter often remain less explored and much less understood. Quantum impurity models represent some of the simplest many-body problems. But despite their apparent simplicity, they can capture several important experimental phenomena, from the Kondo effect in metals to transport in nanostructures such as point contacts or quantum dots. In this thesis consider a classic impurity model - the interacting resonant level model (IRLM). The model describes spinless fermions in two semi-infinite leads that are coupled to a resonant level -- called quantum dot or impurity -- via weak tunneling and Coulomb repulsion. We are interested in out-of-equilibrium situations where some particle current flows through the dot, and study transport characteristics like the steady current (versus voltage), differential conductance, backscattered current, current noise or the entanglement entropy. We perform extensive state-of-the-art computer simulations of model dynamics with the time-dependent density renormalization group method (tDMRG) which is based on a matrix product state description of the wave functions. We obtain highly accurate results concerning the current-voltage and noise-voltage curves of the IRLM in a wide range parameter of the model (voltage bias, interaction strength, tunneling amplitude to the dot, etc.).These numerical results are analyzed in the light of some exact out-of-equilibrium field-theory results that have been obtained for a model similar to the IRLM, the boundary sine-Gordon model (BSG).This analysis is in particular based on identifying an emerging Kondo energy scale and relevant exponents describing the high- and low- voltage regimes. At the two specific points where the models are known to be equivalent our results agree perfectly with the exact solution. Away from these two points, we find that, within the precision of our simulations, the transport curves of the IRLM and BSG remain very similar, which was not expected and which remains somewhat unexplained

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Negrevergne, C. "Controle quantique grâce aux méthodes de RMN. Application à la simulation de systèmes quantiques". Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004371.

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Manipuler l'information selon les lois de la physique quantique permet d'ameliorer l'efficacite avec laquelle on traite certains problemes.
Les methodes de Resonance Magnetique Nucleaire en solution permettent d'initialiser, de manipuler et d'observer l'etat d'un systeme de spins 1/2 couples. ces methodes ont ete utilisees pour realiser experimentalement un petit processeur d'information quantique (QIP pour "Quantum Information processor") pouvant executer une centaine d'operations elementaires. un des themes principaux de ce travail a ete de concevoir, d'optimiser et de valiser des sequences d'impulsions necessaires pour "programmer" ce QIP.
ces techniques ont ete utilises pour executer un algorithme quantique de simulation des systemes anyoniques. des resultats experimentaux pour la determination des energies propres et de fonctions de correlation d'un systeme illustratif de fermions sur reseaux ont ete obtenus permettant de valider l'algorithme de simulation dans son principe et son execution experimentale.

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Negrevergne, Camille. "Contrôle quantique grâce aux méthodes de RMN : application à la simulation de systèmes quantiques". Bordeaux 1, 2002. http://www.theses.fr/2002BOR12593.

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Manipuler l'information selon les lois de la physique quantique permet d'améliorer l'efficacité avec laquelle on traite certains problèmes. Les méthodes de Résonance Magnétique Nucléaire en solution permettent d'initialiser, de manipuler et d'observer l'état d'un système de spins 1/2 couplés. Ces méthodes ont été utilisées pour réaliser expérimentalement un petit processeur d'information quantique (QIP) pouvant exécuter une centaine d'opérations élémentaires. Un des thèmes principaux de ce travail a été de concevoir, d'optimiser et de valider des séquences d'impulsions nécessaires pour "programmer" ce QIP. Ces techniques ont été utilisées pour exécuter un algorithme quantique de simulation des systèmes anyoniques. Des résultats expérimentaux pour la détermination des énergies propres et de fonctions de corrélation d'un système illustratif de fermions sur réseaux ont été obtenus permettant de valider l'algorithme de simulation dans son principe et son exécution expérimentale.

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Coraux, Johann. "Etude par spectroscopie X en condition de diffraction de la croissance et de l'encapsulation de boites quantiques GaN/AlN". Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00105778.

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Les travaux présentés dans ce manuscrit sont consacrés à l'étude structurale (taille, déformation, composition) de boîtes quantiques GaN/AlN, par spectroscopie X en condition de diffraction et par diffraction et diffusion anomale des rayons X. Ces travaux sont appuyés par des analyses par diffraction des électrons rapides en réflexion (RHEED), par microscopies électronique en transmission (TEM) et à force atomique (AFM), et par diffusion des ions de moyenne énergie (MEIS).
La mesure des structures fines en conditions de diffraction (spectroscopie X en condition de diffraction) et de la diffraction anomale, dans une géométrie en incidence rasante indispensable pour l'étude de nanoobjets, à nécessité des développements expérimentaux spécifiques. Conjointement, un effort particulier a été porté sur la prise en compte des effets dynamiques associés à l'utilisation d'une incidence rasante, dans l'analyse quantitative des résultats. En outre, les résultats ont été confrontés à des simulations des diagrammes de diffraction, des structures fines en condition de diffraction et de la diffraction anomale, sur la base de simulations des champs de déformations dans les boîtes quantiques.
L'encapsulation de boîtes quantiques GaN (0001) par AlN, susceptible de modifier les propriétés structurales et donc optoélectroniques des boîtes, a été étudié, in situ pendant la croissance et ex situ, par diffraction anomale et spectroscopie X en condition de diffraction ou d'absorption, par TEM et AFM. Ces mesures ont permis de proposer un mécanisme d'encapsulation original, et de mettre en évidence l'évolution des propriétés structurales des boîtes pendant l'encapsulation. L'empilement de plans de boîtes quantiques, et les effets de corrélations verticale de la position des boîtes associés, ont par ailleurs été étudié in situ, par diffraction anomale et diffusion aux petits angles en incidence rasante. Par RHEED, une étude préliminaire structurale du mûrissement des boîtes quantiques GaN (0001) a été entreprise. Enfin, AFM, TEM et MEIS ont permis d'analyser les propriétés structurales et optoélectroniques de boîtes quantiques GaN (11-20) auto-organisées.

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Metais, Cyrielle. "Impact des analogues sédimentaires et de la stœchiométrie sur la métastabilité structurale, la cinétique de formation et la sélectivité moléculaire des hydrates de gaz : une étude physico-chimique combinant diffraction neutronique, spectroscopie Raman et calculs quantiques". Electronic Thesis or Diss., Bourgogne Franche-Comté, 2021. http://www.theses.fr/2021UBFCD071.

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Resumen

Les clathrate hydrates de gaz sont des solides cristallins nanoporeux, constitués de molécules d’eau arrangées sous forme de cages dans lesquelles sont encapsulées des espèces moléculaires gazeuses. Du fait de leur abondance terrestre, les clathrate hydrates représentent une opportunité en tant que source énergétique primaire pour le futur. Ils jouent également un rôle clef dans les scénarii de formation planétaire et cométaire. Une observation commune aux clathrate hydrates d’origine terrestre et extraterrestre, est qu'ils sont principalement et naturellement formés en présence de sédiments ou impuretés minérales. L'impact de ces impuretés minérales sur les propriétés physico-chimiques des clathrate hydrates (sélectivité des gaz piégés, stabilité, cinétique de formation, etc…) constitue un enjeu primordial pour suivre l'évolution de l'abondance des espèces participant à la composition des dépôts d'hydrates sur Terre et dans les corps extraterrestres. La morphologie et la distribution des clathrate hydrates dépendant des propriétés (chimiques, granulométriques, etc.) de leur milieu naturel, la compréhension - à un niveau fondamental - de la sélectivité, de la thermodynamique, des mécanismes de formation et dissociation sur et au sein de minéraux est cruciale.C’est dans ce cadre de recherche fondamentale que s’inscrit ce travail de doctorat. Des hydrates ont été synthétisés à partir de mélanges de CO2, N2 et CH4 en présence de billes de silice, un substitut au milieu naturel des hydrates. Des calculs de chimie quantique dans l’approximation de la théorie de la fonctionnelle de la densité ont été réalisés sur des hydrates purs de CO2 et N2. Cette étude a permis de révéler l’influence de l’occupation des cages sur la stabilité structurale des différents types d’hydrates formés. La diffraction des neutrons sur poudre a permis de suivre in situ la formation de ces systèmes dans des conditions de pression et de température mimant leur environnement naturel : une forte influence de la taille des particules sédimentaires sur la cinétique de formation des hydrates est révélée. La spectroscopie Raman a été utilisée pour étudier la sélectivité moléculaire au sein d’hydrates mixtes (co-incluant plusieurs espèces) en présence de ces mêmes particules sédimentaires et les résultats tendent à montrer que ces dernières influencent également la sélectivité, par comparaison avec des systèmes formés sans analogues sédimentaires. L’ensemble de ces résultats originaux ouvre ainsi de nouvelles perspectives tant appliquées (séparation de gaz, promoteur cinétique), que fondamentales (hydrates en milieu naturel)
Gas clathrate hydrates are nanoporous crystalline solids composed of hydrogen-bonded water molecules forming cages within which gaseous guest molecules are encapsulated. Clathrate hydrates are considered to be pivotal ingredients due to their natural occurrence. They constitute a great part of the Earth’s seafloor sediments but are also involved as a byproduct in gas and oil pipeline blockages. They are also known to play a role in extraterrestrial planetary and cometary formation scenari. A very important observation common to both terrestrial and extraterrestrial clathrate hydrates is that they are predominantly and naturally formed in the presence of porous dusty ice media, possibly enriched in minerals, hydrated salts and/or sediments. The impact of these mineral impurities onto the physical-chemistry properties of clathrate hydrates (trapped-gas selectivity, thermodynamic promotion or kinetics modification) is of prime importance to track the evolution of the abundances of species taking part in the compositions of hydrate-bearing deposits on Earth and on extraterrestrial bodies. Since the hydrate morphology and distribution both depend on the medium property (chemical composition, hydrophobicity, pore space, bulk stiffness), a fundamental understanding of the hydrate selectivity, thermodynamics, formation and dissociation mechanisms onto/into mineral-like media appears to be crucial.This PhD work falls in that research context. Mixtures of CO2, N2 and CH4 gases were used to synthesize hydrates in the presence of silica beads, used as surrogates for the natural hydrate environment. Quantum chemistry calculations (in the Density Functional Theory approximation) were performed on pure CO2 and N2 hydrates: this study revealed how cage occupancy influences the structural stability of the various types of formed hydrates. Powder neutron diffraction yields the formation of these systems to be followed in situ, i.e., under pressures and temperatures mimicking natural environments. It reveals a strong influence of sedimentary particle size on the hydrate formation kinetics. Raman spectroscopy was used to study the molecular selectivity within mixed hydrates (co-including several species) in the presence of the sedimentary particles and it is showed that the latter ones also influence the selectivity, in comparison with systems formed without sedimentary surrogates. This whole set of results open up new opportunities on both applied (gas separation, kinetic promoter) and fundamental (hydrates in natural environments) aspects

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Marion, Antoine. "Dynamiques moléculaires utilisant un champ de force quantique semiempirique : développement et applications à des systèmes d'intérêt biologique". Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0169/document.

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Resumen

Ce travail est destiné au développement de méthodes approchées de chimie quantique capables de traiter des systèmes biologiques de grande taille. En particulier, nous réalisons des simulations de dynamique moléculaire dans l'approximation de Born-Oppenheimer, permettant une description quantique de l'Hamiltonien électronique du système dans son entier : SEBOMD (SemiEmpirical Born-Oppenheimer Molecular Dynamics). Notre approche se base sur un Hamiltonien électronique semiempirique (SE). L'une des principales difficultés rencontrées lors d'une simulation SEBOMD de la phase condensée est représentée par le choix de la méthode SE. La plupart des méthodes courantes ne permettant pas une bonne description de certaines interactions fondamentales, nous avons développé une nouvelle approche. Cette méthode, dénommée PM3-PIF3, a été appliquée à l'étude par dynamique moléculaire de molécules organiques dans l'eau. Les résultats obtenus montrent que notre méthode est appropriée pour le traitement de molécules comportant des groupements hydrophobes et/ou hydrophiles en milieu aqueux. L'analyse des propriétés électroniques et vibrationnelles de ces molécules en présence du solvant valide également nos résultats vis-À-Vis d'autres études expérimentales et théoriques présentes dans la littérature. Finalement, nous nous sommes intéressés au processus d'autoprotolyse de l'eau en milieux confinés. Après avoir discuté du choix de l'Hamiltonien SE à utiliser pour cette étude, nous avons caractérisé le transfert de proton dans un agrégat d'eau. Nous avons établi une corrélation entre l'énergie libre associée à la première étape de ce transfert et certaines propriétés physiques collectives
The present work is devoted to the development of approximate quantum chemistry methods that are suitable to treat biological systems of large size. In particular, we run molecular dynamics under the Born-Oppenheimer approximation, allowing a quantum mechanical description of the electronic Hamiltonian of the full system: SEBOMD (SemiEmpirical Born-Oppenheimer Molecular Dynamics). Our method is based on a semiempirical (SE) electronic Hamiltonian. One of the key issues arising in a condensed phase SEBOMD simulation is represented by the choice of the SE method. Since most of the currently available approaches fail in describing some relevant intermolecular interactions, we developed a new correction of SE Hamiltonians. This method, which we named PM3-PIF3, was applied to study the molecular dynamics of organic molecules in water. The results that we obtained showed that our technique is suitable to treat molecules having hydrophobic and/or hydrophilic groups in an aqueous medium. The analysis of the electronic and vibrational properties of these molecules in the presence of the solvent validates our results with respect to experimental and theoretical studies in the literature. Finally, we investigated the water self-Dissociation process in confined environments. After discussing the choice of the SE Hamiltonian to be used for this purpose, we characterized the proton transfer in a water cluster. We established a correlation between the free energy of the first step of this process and some collective physical properties

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Vu, Van Binh. "Theoretical studies of novel graphene based nanostructures". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASP039.

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Depuis sa découverte, le graphène est devenu un centre de recherche et d'intérêt important en raison de ses caractéristiques mécaniques, thermiques et électriques exceptionnelles. Néanmoins, l'absence de bande interdite dans le graphène constitue un obstacle aux applications dans les domaines de l'optique, de la nanoélectronique et de la spintronique. L'ingénierie de la bande interdite impliquant la nanostructuration du graphène a été développée au fil des ans, par exemple par confinement quantique, pour surmonter cette limitation. Ce travail théorique est consacré à la modification des réponses électroniques, optiques et de microscopie/spectroscopie à effet tunnel (STM/STS) en fonction de la taille du système de nouveaux matériaux de carbone tels que les nanomeshs de graphène (GNM), les boîte quantiques de graphène de forme/taille contrôlée (GQD) et les nanorubans de graphène (GNR), afin de comparer et d'analyser les données expérimentales. Ces nouveaux matériaux carbonés sont théoriquement déposés sur des surfaces d'or Au(111) dans une simulation STM réalisée à l'aide du formalisme des fonctions de Green hors équilibre (NEGF) basé sur la méthode DFT Fireball afin d'étayer les données expérimentales. En ce qui concerne les GQD, nous simulons leur spectre d'absorption en utilisant la correction GW et les équations de Bethe-Salpeter (BSE), si possible, pour les comparer directement aux données expérimentales. Dans le cas contraire, leurs propriétés optiques sont obtenues par une approche inférieure, l'approche Tight-Binding (TB). Les impacts des agrégations et des impuretés sur leurs réponses optiques sont également explorés en étudiant la bicouche torsadée des GQDs via la méthode TB. En outre, les changements dans les propriétés électroniques de ces nouveaux matériaux de carbone en fonction de la taille de leur système sont extraits à l'aide de la méthode TB. La performance de la méthode TB est vérifiée par des simulations DFT et GW. Enfin, d'autres matériaux de faible dimension, les nouvelles structures bicouches de nitrure de bore hexagonal torsadées à près de 30° (hBN-TBLs), sont également étudiées dans cette thèse. Les méthodes DFT et TB réalisent les structures électroniques et optiques de nouveaux hBN-TBLs plus loins de 30° afin d'obtenir les paramètres d'ajustement pour le modèle TB. Ces paramètres sont ensuite utilisés pour prédire des hBN-TBL plus proches de 30°, ce qui est difficilement réalisable par DFT
Since its discovery, graphene has become a focal point of extensive research and interest because of its exceptional mechanical, thermal, and electrical characteristics. Nevertheless, the absence of a bandgap in graphene constitutes a barrier to applications in optics, nanoelectronics, and spintronics. Bandgap engineering involving the nanostructuration of graphene has been developed over the years, such as by quantum confinement, to overcome this limitation. This theoretical work is dedicated to the change of electronic, optical, and scanning tunneling microscopy/spectroscopy (STM/STS) responses as a function of system size of new carbon materials like graphene nanomeshes (GNMs), shape/size controlled graphene quantum dots (GQDs) and graphene nanoribbons (GNRs), in order to compare and analyze experimental data. These new carbon materials are theoretically deposited on gold Au(111) surfaces in STM simulation performed using the Non-equilibrium Green's function (NEGF) formalism based on the Fireball DFT method to support the experimental data. Concerning GQDs, we simulate their absorption spectrum using the GW approximation and the Bethe-Salpeter equations (BSE), if possible, to compare directly with the experiment data. Otherwise, their optical properties are achieved by a lower approach, the Tight-Binding (TB) approach. Also, the impacts of aggregations and impurities on their optical responses are explored by studying the twisted bilayer of the GQDs via the TB method. Moreover, the changes in these new carbon materials' electronic properties as a function of their system size are extracted using the TB method. The performance of the TB method is verified by DFT and GW simulations. Finally, other low-dimensional materials, new close-to 30° twisted hexagonal boron nitride bilayer structures (hBN-TBLs), are also studied in this thesis. DFT and TB methods perform the electronic and optical structures of further 30° hBN-TBLs to obtain the fit parameters for the TB model. These parameters are then used to predict closer to 30° hBN-TBLs, which are hardly to be obtained by DFT

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Gallego, Samy. "Modélisation Mathématique et Simulation Numérique de Systèmes Fluides Quantiques". Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00218256.

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Le sujet de la thèse porte sur l'étude d'une nouvelle classe de modèles de transport quantique: les modèles fluides quantiques issus du principe de minimisation d'entropie. Ces modèles ont été dérivés dans deux articles publiés en 2003 et 2005 par Degond, Méhats et Ringhofer dans Journal of Statistical Physics en adaptant au cadre de la théorie quantique la méthode des moments développée par Levermore dans le cadre classique. Cette méthode consiste à prendre les moments de l'équation de Liouville quantique et à fermer ce système par un équilibre local (ou Maxwellienne quantique) défini comme minimiseur d'une certaine entropie quantique sous contrainte de conservation de certaines quantités physiques comme la masse, le courant, et l'énergie. Le principal intérêt des modèles quantiques ainsi obtenus provient du fait qu'étant macroscopiques, ils sont biens moins coûteux numériquement que des modèles microscopiques comme l'équation de Schrödinger ou l'équation de Wigner, et de plus, ils prennent en compte implicitement des effets de collision bien plus difficiles à modéliser à un niveau microscopique. Le but de cette thèse est donc de proposer des méthodes numériques pour implémenter ces modèles et de les tester sur des dispositifs physiques adéquats.
Nous avons donc commencé dans le chapitre I par proposer une discrétisation du plus simple de ces modèles qu'est le modèle de Dérive-Diffusion Quantique sur un domaine fermé. Puis nous avons décidé dans le chapitre II et III d'appliquer ce modèle au transport d'électrons dans les semiconducteurs en choisissant comme dispositif ouvert la diode à effet tunnel résonnant. Ensuite nous nous sommes intéressés au chapitre IV à l'étude et l'implémentation du modèle d'Euler Quantique Isotherme, avant de s'attaquer aux modèles non isothermes dans le chapitre V avec l'étude des modèles d'Hydrodynamique Quantique et de Transport d'Énergie Quantique. Enfin, le chapitre VI s'intéresse à un problème un petit peu différent en proposant un schéma asymptotiquement stable dans la limite semi-classique pour l'équation de Schrödinger écrite dans sa formulation fluide: le système de Madelung.

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Gavra, Iona Alexandra. "Algorithmes stochastiques d'optimisation sous incertitude sur des structures complexes : convergence et applications". Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30141/document.

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Les principaux sujets étudiés dans cette thèse concernent le développement d'algorithmes stochastiques d'optimisation sous incertitude, l'étude de leurs propriétés théoriques et leurs applications. Les algorithmes proposés sont des variantes du recuit simulé qui n'utilisent que des estimations sans biais de la fonction de coût. On étudie leur convergence en utilisant des outils développés dans la théorie des processus de Markov : on utilise les propriétés du générateur infinitésimal et des inégalités fonctionnelles pour mesurer la distance entre leur distribution et une distribution cible. La première partie est dédiée aux graphes quantiques, munis d'une mesure de probabilité sur l'ensemble des sommets. Les graphes quantiques sont des versions continues de graphes pondérés non-orientés. Le point de départ de cette thèse a été de trouver la moyenne de Fréchet de tels graphes. La moyenne de Fréchet est une extension aux espaces métriques de la moyenne euclidienne et est définie comme étant le point qui minimise la somme des carrés des distances pondérées à tous les sommets. Notre méthode est basée sur une formulation de Langevin d'un recuit simulé bruité et utilise une technique d'homogénéisation. Dans le but d'établir la convergence en probabilité du processus, on étudie l'évolution de l'entropie relative de sa loi par rapport a une mesure de Gibbs bien choisie. En utilisant des inégalités fonctionnelles (Poincaré et Sobolev) et le lemme de Gronwall, on montre ensuite que l'entropie relative tend vers zéro. Notre méthode est testée sur des données réelles et nous proposons une méthode heuristique pour adapter l'algorithme à de très grands graphes, en utilisant un clustering préliminaire. Dans le même cadre, on introduit une définition d'analyse en composantes principales pour un graphe quantique. Ceci implique, une fois de plus, un problème d'optimisation stochastique, cette fois-ci sur l'espace des géodésiques du graphe. Nous présentons un algorithme pour trouver la première composante principale et conjecturons la convergence du processus de Markov associé vers l'ensemble voulu. Dans une deuxième partie, on propose une version modifiée de l'algorithme du recuit simulé pour résoudre un problème d'optimisation stochastique global sur un espace d'états fini. Notre approche est inspirée du domaine général des méthodes Monte-Carlo et repose sur une chaine de Markov dont la probabilité de transition à chaque étape est définie à l'aide de " mini-lots " de taille croissante (aléatoire). On montre la convergence en probabilité de l'algorithme vers l'ensemble optimal, on donne la vitesse de convergence et un choix de paramètres optimisés pour assurer un nombre minimal d'évaluations pour une précision donnée et un intervalle de confiance proche de 1. Ce travail est complété par un ensemble de simulations numériques qui illustrent la performance pratique de notre algorithme à la fois sur des fonctions tests et sur des données réelles issues de cas concrets
The main topics of this thesis involve the development of stochastic algorithms for optimization under uncertainty, the study of their theoretical properties and applications. The proposed algorithms are modified versions of simulated an- nealing that use only unbiased estimators of the cost function. We study their convergence using the tools developed in the theory of Markov processes: we use properties of infinitesimal generators and functional inequalities to measure the distance between their probability law and a target one. The first part is concerned with quantum graphs endowed with a probability measure on their vertex set. Quantum graphs are continuous versions of undirected weighted graphs. The starting point of the present work was the question of finding Fréchet means on such a graph. The Fréchet mean is an extension of the Euclidean mean to general metric spaces and is defined as an element that minimizes the sum of weighted square distances to all vertices. Our method relies on a Langevin formulation of a noisy simulated annealing dealt with using homogenization. In order to establish the convergence in probability of the process, we study the evolution of the relative entropy of its law with respect to a convenient Gibbs measure. Using functional inequalities (Poincare and Sobolev) and Gronwall's Lemma, we then show that the relative entropy goes to zero. We test our method on some real data sets and propose an heuristic method to adapt the algorithm to huge graphs, using a preliminary clustering. In the same framework, we introduce a definition of principal component analysis for quantum graphs. This implies, once more, a stochastic optimization problem, this time on the space of the graph's geodesics. We suggest an algorithm for finding the first principal component and conjecture the convergence of the associated Markov process to the wanted set. On the second part, we propose a modified version of the simulated annealing algorithm for solving a stochastic global optimization problem on a finite space. Our approach is inspired by the general field of Monte Carlo methods and relies on a Markov chain whose probability transition at each step is defined with the help of mini batches of increasing (random) size. We prove the algorithm's convergence in probability towards the optimal set, provide convergence rate and its optimized parametrization to ensure a minimal number of evaluations for a given accuracy and a confidence level close to 1. This work is completed with a set of numerical experiments and the assessment of the practical performance both on benchmark test cases and on real world examples

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Schaack, Sofiane. "Nuclear quantum effects in hydrated nanocrystals". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2019SORUS370.pdf.

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La nature quantique des noyaux produit des comportements inattendus et souvent paradoxaux. Du fait de sa légèreté, l'hydrogène est le candidat le plus susceptible de présenter de tels comportements. Nous avons étudié trois systèmes hydratés dont les mécanismes sont déterminés par les propriétés quantiques des protons (NQEs) : la Brucite (Mg(OH)2), l'hydrate de méthane (CH4-H2O) et l'hydroxyde de sodium (NaOH). Au sein des Brucites coexistent deux effets en compétition : un mécanisme de réorientation thermiquement activé, et un processus de dissociation déclenché par les NQEs. Ces deux effets s'opposent sous l’augmentation de la pression, entraînant l'existence d'un point de pression favorisant la diffusion des protons à mesure que se forme un plan d'hydrogène "quantique" quasi 2D. Sous pression, l’hydrate de méthane présentent une augmentation des interactions entre le réseau d’eau et les molécules de méthane qui y sont enfermées. Contrairement à la glace, la transition de symétrisation des liaisons hydrogène ne change pas par substitution isotopique du fait de la délocalisation du proton. Celle-ci déclenche également une transition vers une nouvelle phase, stable jusqu'à des pressions jamais atteintes par tout hydrate connu à ce jour. La soude présente une transition de phase en-dessous de la température ambiante et à pression ambiante uniquement dans sa version deutérée. Cet effet isotopique s'explique par la délocalisation quantique et par l'importance de l'énergie de point-zéro du proton par rapport au deutéron. Étonnement la substitution isotopique change la transition induite par la température dans NaOD en une transition déclenchée par la pression dans NaOH
The quantum nature of nuclei yields unexpected and often paradoxical behaviors. Due to the lightness of its nucleus, the hydrogen is a most likely candidate for such effects. During this thesis, we focus on complexe hydrated systems, namely, the brucite minerals (Mg(OH)2), the methane hydrate (CH4-H2O) and the sodium hydroxide (NaOH), which display complex mechanisms driven by the proton quantum properties. Brucite exhibits the coexistence of thermally activated hopping and quantum tunneling with opposite behaviors as pressure is increased. The unforeseen consequence is a pressure sweet spot for proton diffusion. Simultaneously, pressure gives rise to a «quantum» quasi two-dimensional hydrogen plane, non-trivially connected with proton diffusion. Upon compression, methane hydrate displays an important increase of the inter-molecular interactions between water and enclosed methane molecules. In contrast with ice, the hydrogen bond transition does not shift by H/D isotopic substitution. This is explained by an important delocalization of the proton which also triggers a transition toward a new MH-IV methane hydrate phase, stable up to 150 GPa which represents the highest pressure reached to date by any hydrate. Sodium hydroxide has a phase transition below room temperature at ambient pressure only in its deuterated version. This radical isotope effect can be explained by the quantum delocalization of the proton as compared with deuteron shifting the temperature-induced phase transition of NaOD towards a pressure-induced one in NaOH

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Turinici, Gabriel. "Contrôle et simulations numériques en chimie quantique". Habilitation à diriger des recherches, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00377193.

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Une partie importante des simulations en chimie quantique computationnelle utilisent aujourd'hui des techniques très avancées de mathématiques appliquées et de calcul scientifique. Ainsi ce champ d'application suscite un intérêt croissant de la part des numériciens et fournit des sujets de réflexion d'une grande complexité aussi bien théorique que pratique. Ayant abordé ce domaine de recherche lors de mon stage de DEA et ensuite lors de ma thèse, mes recherches en chimie quantique computationnelle ont continué par la suite et seront l'objet central de ce mémoire. La présentation de mes travaux a été divisée en chapitres thématiques. Après un chapitre introductif sur l'équation de SchrÄodinger et ses approximations, le second chapitre, dédié aux méthodes de discrétisation, présente mes contributions théoriques sur la méthode des bases réduites. Le troisième chapitre traite de l'analyse d'erreur a posteriori qui, de la même façon que les barres d'erreur sont utilisées lors des expériences réelles, permet de donner des informations quantitatives sur la confiance à mettre dans le résultat d'une simulation numérique. Cette méthode est appliquée à deux situations : le calcul du mouvement nucléaire et les calculs de structure électronique. Une autre contribution qui utilise les mêmes techniques et qui aboutit sur la construction d'algorithmes de type Newton pour les équations de Kohn-Sham est présenté en Section 3.4. Passant aux équations dépendantes de temps, le Chapitre 4 introduit un schéma parallèle en temps pour la résolution des équations d'évolution. L'extension de cette approche à des situations de contrôle est aussi détaillée. Situé au coeur de mes recherches en chimie quantique, l'étude du contrôle des phénomènes au niveau atomique est décrit Chapitre 5. Après une courte introduction je présente en Sections 5.2 et 5.3 mes travaux sur la contrôlabilité des équations bilinéaires intervenant dans la description mathématique de l'interaction laser-matière. Ces résultats continuent à la Section 5.4 avec une application à la discrimination optimale des systèmes quantiques. Ensuite, dans la Section 5.5, je traite des algorithmes d'optimisation utilisés pour de la recherche par des simulations numériques de champs laser réalisant les objectifs du contrôle. Enfin, au Chapitre 6, on trouve un travail sur un modèle en épidémiologie. Le Chapitre 7 réunit quelques projets de recherche en cours ou bien à plus long terme qui font suite aux travaux des chapitres précédents.

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Trenado, Nicolas. "Modélisation et simulation des composants optoélectroniques à puits quantiques". Phd thesis, Université de Rouen, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00010221.

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Ce travail de thèse a pour objet la mise en oeuvre d'une méthode de calcul des états liés dans les structures à multipuits quantiques. Il participe ainsi à l'amélioration des outils de simulation permettant d'optimiser les composants avant leur réalisation. Nous présentons le modèle physique utilisé ainsi que les différentes méthodes couramment employées pour le calcul de ces états. Une comparaison avec le calcul par éléments finis du premier ordre montre un avantage majeur de notre approche dans des cas limites usuels comme le couplage de deux puits identiques ou le calcul des bandes de valence d'un puits quantique large, ainsi qu'en terme de rapidité. La finalité de ce calcul est l'évaluation du gain matériau, élément de base de la simulation des composants. Ce nouveau module vient compléter le simulateur BCBV dont nous rappelons les principaux modèles tels que celui de dérive-diffusion et du couplage électrique-optique en semi-classique. Cependant, la présence de zones quantiques peut nécessiter une approche par la matrice de densité pour rendre compte, de manière plus précise, des phénomènes de transport. Pour finir, nous tentons de comparer les résultats de la simulation du gain avec des mesures effectuées à partir de lasers de type Fabry-Pérot.

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Trenado, Nicolas. "Modelisation et simulation des composants optoélectroniques à puits quantiques". Rouen, 2002. http://www.theses.fr/2002ROUES051.

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Ce travail de thèse a pour objet la mise en œuvre d'une méthode de calcul des états liés dans les structures à multipuits quantiques. Il participe ainsi à l'amélioration des outils de simulation permettant d'optimiser les composants avant leur réalisation. Nous présentons le modèle physique utilisé ainsi que les différentes méthodes couramment employées pour le calcul de ces états. Une comparaison avec le calcul par éléments finis du premier ordre montre un avantage majeur de notre approche dans des cas limites usuels comme le couplage de deux puits identiques ou le calcul des bandes de valence d'un puits quantique large, ainsi qu'en terme de rapidité. La finalité de ce calcul est l'évaluation du gain matériau, élément de base de la simulation des composants. Ce nouveau module vient compléter le simulateur BCBV dont nous rappelons les principaux modèles tels que celui de dérive-diffusion et du couplage électrique-optique en semi-classique. Cependant, la présence de zones quantiques peut nécessiter une approche par la matrice de densité pour rendre compte, de manière plus précise, des phénomènes de transport. Pour finir, nous tentons de comparer les résultats de la simulation du gain avec des mesures effectuées à partir de lasers de type Fabry-Pérot
The main goal of this work is the implementation of a new method to calculate bound states in multiquantum well devices. It focuses on the improvement of simulation tools and therefore helps the design of optoelectronic devices prior to their fabrication. We describe the physical model used as well as the classical methods usually employed for this calculation. Compared to first order finite element approach, our method deals correctly with borderline cases like coupling of identical wells or valence bands calculation of large wells and is also advantageous in terms of computational time. The aim of this calculation is the material gain evaluation that is the basis for device simulation. Our new module completes the BCBV simulator of which we will describe the main models such as that of drift-diffusion and electro-optic coupling in the semi-classical approach. However, the quantum wells can require a density matrix approach to take into account transport phenomena more precisely. Finally, we try to compare simulation results with experimental measurements taken from Fabry-Pérot lasers

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Gallego, Samy Degond Pierre Méhats Florian. "Modélisation mathématique et simulation numérique de systèmes fluides quantiques". Toulouse (Université Paul Sabatier, Toulouse 3), 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/98.

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Szewc, Wojciech. "Theory and simulation of scanning gate microscopy : applied to the investigation of transport in quantum point contacts". Phd thesis, Université de Strasbourg, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00876522.

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This work is concerned with the theoretical description of the Scanning Gate Microscopy (SGM) in general and with solving particular models of the quantum point contact (QPC) nanostructure, analytically and numerically. SGM is an experimental technique, which measures the conductance of a nanostructure, while a charged AFM tip is scanned above its surface. It gives many interesting results, such as lobed and branched images, interference fringes and a chequerboard pattern. A generally applicable theory, allowing for unambiguous interpretation of the results, is still missing. Using the Lippman-Schwinger scattering theory, we have developed a perturbative description of non-invasive SGM signal. First and second order expressions are given, pertaining to the ramp- and plateau-regions of the conductance curve. The maps of time-reversal invariant (TRI) systems, tuned to the lowest conductance plateau, are related to the Fermi-energy charge density. In a TRI system with a four-fold spatial symmetry and very wide leads, the map is also related to the current density, on any plateau. We present and discuss the maps calculated for two analytically solvable models of the QPC and maps obtained numerically, with Recursive Green Function method, pointing to the experimental features they reproduce and to the fundamental difficulties in obtaining good plateau tuning which they reveal.

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Cattaneo, David. "Modélisation graphique et simulation en traitement d'information quantique". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAM076/document.

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Le formalisme des états graphes consiste à modéliser des états quantiques par des graphes. Ce formalisme permet l'utilisation des notions et des outils de théorie des graphes (e.g. flot, domination, méthodes probabilistes) dans le domaine du traitement de l'information quantique. Ces dernières années, cette modélisation combinatoire a permis plusieurs avancées décisives, notamment (i) dans la compréhension des propriétés de l'intrication quantique (ii) dans l'étude des modèles de calcul particulièrement prometteurs en terme d'implémentation physique, et (iii) dans l'analyse et la construction de protocoles de cryptographie quantique. L'objectif de cette thèse est d'étudier les propriétés graphiques émergeant des problématiques d'informatique quantique, notamment pour la simulation quantique. En particulier, l'étude des propriétés de causalité et de localité des états graphes, en étendant par exemple la notion existante de flot de causalité à une notion intégrant des contraintes de localité, permettrait d'ouvrir de nouvelles perspectives pour la simulation de systèmes quantiques à l'aide d'états graphes. Des connections formelles avec les automates cellulaires quantiques bruités pourront également émerger de cette étude
Graph States formalism consist in using graphs to model quantum states. This formalism allows us to use notion and tools of graph theory (e.g. flow, domination, probabilistic methods) in quantum information processing. Last years, this combinatorial modelisation had lead to many decisiv breakthroughs, in particular (i) in the comprehension of the quantum entranglement properties (ii) in very promising in term of physical implementation quantum calculus model, and (iii) in the analysis and construction of quantum cryptography protocols. The goal of this thesis is to study the graphic properties emerging of those quantum information processing problematics, especially for quantum simulation. In particular, the properties of causality and locality in graph states, by extanding for exemple the existing notion of causality flows to a notion integring the locality constraints, would allow new perspectives for the quantum system simulation using graphs states. Formal connections with noisy quantum cellular automata would emerge from this study

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Leuliet, Aude. "Simulation du transport dans les lasers à cascade quantique". Paris 7, 2010. http://www.theses.fr/2010PA077070.

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Les lasers à cascade quantique (LCQs) sont des dispositifs semiconducteurs unipolaires dont le principe de fonctionnement est basé sur des transitions électroniques dans la bande de conduction d'un système de puits quantiques et sur l'effet tunnel résonant. Ce sont les seules sources semiconductrices cohérentes de lumière de grande efficacité pour le moyen infrarouge fonctionnant l température ambiante. Leur longueur d'onde étant indépendante de l'énergie du gap du matériau utilisé, leur gamme spectrale s'étend dans l'infrarouge de 3|im à 24 \im. La thèse -dont le but est le calcul du transport dans la région active- après une introduction sur les lasers à cascade quantique se divise en 3 parties. La première s'intéresse aux diffusions ayant lieu dans la région active et permet de déterminer quels sont les processus les plus importants. La seconde partie est une étude du comportement des LCQs sous champ magnétique, permettant d'affiner la détermination des diffusions. Enfin la dernière contient le calcul du transport, basé sur les diffusions déterminées dans les premiers chapitres
Quantum cascade lasers (QCLs) are unipolar semiconductor devices based on the electronic transitions in the conduction band of a multiple quantum wells Systems and on resonant tunnelling. They are the only coherent semiconducting sources in the mid infrared to allow ambient temperature operation. The thesis aims at calculating the current in QCLs. After a short introduction on QCLs, the thesis is divided into 3 parts. The first part details the different diffusion processes taking place in the active region and determines which are the most important processes. The second part contains a study of QCLs under strong magnetic fields (up to 45 Teslas). This allow a more precise determination of processes taking place in the active region. The last part describes the calculation of the current in the QCL, based on the diffusion determined in the first chapters

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Darancet, Pierre. "Théorie et simulation du transport quantique dans les nanostructures". Phd thesis, Grenoble 1, 2008. http://www.theses.fr/2008GRE10261.

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Ce travail théorique est consacré à l'étude du transport électronique dans les nanostructures. Nous nous sommes placés dans le cadre des approches de Landauer et post-Landauer. Dans celles-ci, la bonne description du problème de transport réside dans le calcul des self-énergies, censées décrire les effets de résistance de contact ainsi que les interations dans le dispositif. Dans ce travail, nous nous sommes tour à tour intéressés à ces deux aspects. Afin de décrire les mécanismes de résistance de contact, nous avons développé une méthode basée sur la notion de canaux effectifs de conduction. Le calcul de ces canaux par récursion matricielle, associé à la dérivation d'une nouvelle formule de la conductance, permet la détermination exacte des effets des contacts. Nous avons de plus mis au point une méthodologie \textit{ab initio}, permettant d'inclure les interactions électron-électron dans le transport quantique, au travers de l'approximation d'Hedin sur la self-énergie. La seconde partie de ce travail porte sur l'analyse des propriétés de transport du graphène. Nous avons tout d'abord expliqué les caractéristiques expérimentales de magnéto-résistance du graphène épitaxié par un mécanisme consécutif à la juxtaposition de plans. Enfin, nous avons calculé la conductance de dispositifs composés de nanostructures de graphène. Nous avons montré que de telles structures présentent de forts effets de résistance de contact, pouvant s'interpréter en termes de diffraction d'électrons. Nous avons alors introduit la notion de barrière de diffraction, qui permet d'extraire les caractéristiques de conductance, sans procéder à un calcul de structure électronique
This theoretical work focuses on the electronic quantum transport in nanostructures. We used the theoretical framework of the Landauer and post-Landauer approaches. The critical point within these approaches in order to correctly describe the transport problem is the approximation on the self-energies, which are supposed to represent simultaneously contact resistance effects as well as interactions in the device. In this work, we adressed both these issues. In order to describe the contact resistance mechanisms, we developped a method based on the effective conductance channels concept. The recursive calculation of these channels, together with the derivation of a new formula of the conductance, provide us with an exact description of the contact effects. Moreover, we built a new \textit{ab initio} methodology, which allows us to introduce the electron-electron interactions in the quantum transport through the Hedin's approximation of the self-energy. The second part of this work deals with the analysis of the transport properties of graphene. We firstly analysed the experimental magneto-resistance characteristics of epitaxial graphene, and explained them by a mechanism consecutive to the planes stacking. Eventually, we calculated the conductance characteristics of devices compound by graphene nanostructures. We shown that such devices exhibit very high contact resistance effects, which can be explained by means of electron diffraction. We introduced the electronic diffraction barrier concept, which allows us to extract conductance characteristics, without determining the electronic structure

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Darancet, Pierre. "Théorie et simulation du transport quantique dans les nanostructures". Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00363630.

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Ce travail théorique est consacré à l'étude du transport électronique dans les nanostructures. Nous nous sommes placés dans le cadre des approches de Landauer et post-Landauer. Dans celles-ci, la bonne description du problème de transport réside dans le calcul des self-énergies, censées décrire les effets de résistance de contact ainsi que les interations dans le dispositif. Dans ce travail, nous nous sommes tour à tour intéressés à ces deux aspects. Afin de décrire les mécanismes de résistance de contact, nous avons développé une méthode basée sur la notion de canaux effectifs de conduction. Le calcul de ces canaux par récursion matricielle, associé à la dérivation d'une nouvelle formule de la conductance, permet la détermination exacte des effets des contacts. Nous avons de plus mis au point une méthodologie \textit{ab initio}, permettant d'inclure les interactions électron-électron dans le transport quantique, au travers de l'approximation $GW$ d'Hedin sur la self-énergie. La seconde partie de ce travail porte sur l'analyse des propriétés de transport du graphène. Nous avons tout d'abord expliqué les caractéristiques expérimentales de magnéto-résistance du graphène épitaxié par un mécanisme consécutif à la juxtaposition de plans. Enfin, nous avons calculé la conductance de dispositifs composés de nanostructures de graphène. Nous avons montré que de telles structures présentent de forts effets de résistance de contact, pouvant s'interpréter en termes de diffraction d'électrons. Nous avons alors introduit la notion de barrière de diffraction, qui permet d'extraire les caractéristiques de conductance, sans procéder à un calcul de structure électronique.

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Dillet, Valérie. "Simulation des effets de solvant dans les calculs quantiques de structure moléculaire". Nancy 1, 1993. http://www.theses.fr/1993NAN10123.

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Le but de cette thèse est d'améliorer la prise en compte des effets de solvant dans les calculs quantiques faisant appel au modèle à cavité. Deux améliorations sont apportées: la première consiste à définir une cavité rendant convenablement compte des caractéristiques géométriques du soluté et la deuxième à introduire une représentation multicentrique de la distribution de charges moléculaires globales. Ce nouveau formalisme est ensuite implanté dans les procédures SCRF (self consistent reaction field), d'une part, et d'optimisation de géométrie, d'autre part. Finalement, dans le cadre des calculs ab initio, l'introduction des termes de cavitation et de dispersion dans l'évaluation de l'énergie de perturbation donne lieu à un dernier perfectionnement

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Paradis, François. "Points de vue alternatifs en simulations numériques de la physique quantique". Thesis, Université Laval, 2007. http://www.theses.ulaval.ca/2007/24586/24586.pdf.

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Nicolas, Cédric. "Femtochimie de l'électron hydraté : dynamique moléculaire mixte classique quantique". Paris 11, 2003. http://www.theses.fr/2003PA112100.

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Nous avons développé une méthode de dynamique moléculaire mixte classique quantique et nous l'avons appliquée à l'étude, en phase condensée, de systèmes comportant un électron excédentaire. Dans la méthode choisie, seul l'électron excédentaire est traité de façon quantique. Le reste du système est décrit à l'aide de potentiels semi-empiriques et sa dynamique se fait selon les lois de la mécanique classique. L'électron excédentaire est développé sur une base de fonctions gaussiennes régulièrement réparties dans une grille de forme cubique. L'interaction entre l'électron excédentaire et le reste du système se fait à l'aide de pseudopotentiels. A l'aide de ce programme, nous avons étudié deux systèmes en milieu aqueux illustrant les deux grands types de réactions susceptibles de se produire en solution entre un électron excédentaire et un cation. Avec le cation sodium Na+, nous avons obtenu une paire de contact alors que pour le cation argent Ag+, la structure obtenue est un atome très polarisé résultant de la réduction du cation par l'électron. Dans les deux cas, les spectres d'absorption sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. Le calcul des courbes d'énergie libre a permis de confirmer que les structures trouvées sont bien les plus stables. Dans le cas de Na+, la barrière de potentiel menant à la séparation des deux espèces est beaucoup plus faible (3 kBT) que dans le cas de l'argent (27 kBT). Nous avons également étudié l'influence des conditions de température et de densité sur le comportement de ces systèmes. Dans le cas de l'électron hydraté seul, nous avons pu reproduire le décalage du maximum du spectre d'absorption vers les basses énergies lors d'une augmentation de température. Nous avons montré que cet effet est principalement due à la diminution de la densité du milieu qui accompagne l'augmentation de température. Pour l'atome d'argent, l'effet de température et de densité est faible conformément aux observations expérimentales
A mixed quantum classical dynamics simulation method has been developped and applied to study the excess electron in condensed phase. In this method, the excess electron is treated with quantum mechanics whereas the rest of the system is described with semi-empirical potentials. The Newton's equations of motion are used to evolve the classical phase space coordinates. The excess electron wave-function is expanded in a basis set of spherical Gaussians, distributed on a regular cubic lattice and the interaction between this electron and the other molecules of the system is described with pseudopotentials. We have studied two systems composed of a Ag+ or Na+ cation and an excess electron in water. With sodium cation, the stable state corresponds to a contact pair whereas the silver cation is reduced by the excess electron to form a polarised solvated atom. In both cases, calculated absorption spectra are in good agreement with experimental ones. With free energy curve calculations, we were able to conclude that these structures are effectively the most stable. In the case of Na+, the potential barrier leading to separately solvated species is much lower (3 kBT) than in the case of Ag+ (27 kBT). We have also studied the influence of the temperature and density on the behaviour of these systems. We were able to reproduce the red shift of the absorption spectrum of solvated electron with increasing temperature. We have shown that this shift if mostly due to the decrease of density witch arises simultaneously to the increase of temperature. For the silver atom, we have found no significant effect of temperature or density in accordance with experiments

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Bouliane, Vincent. "Électrodynamique quantique en circuit : mesures à grand nombre de photons". Mémoire, Université de Sherbrooke, 2014. http://hdl.handle.net/11143/5889.

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Un excellent candidat pour la réalisation d'un ordinateur quantique est le qubit supraconducteur. Il s'agit d'un système dont le spectre est discret et dont les niveaux d'énergie sont séparés de manière anharmonique. On peut donc dire qu'il s'agit d'une réalisation en circuit d'un atome artificiel. Afin de contrôler cet atome artificiel, on s'inspire de l'électrodynamique quantique en cavité, où un atome interagit avec le champ électromagnétique confiné dans une cavité. À l'aide de circuit, il est possible d'atteindre des forces de couplage lumière-matière impossible à atteindre en cavité. Le système proposé par Blais remplace les atomes par des qubits supraconducteurs et la cavité par un résonateur coplanaire supraconducteur. Malheureusement, obtenir des solutions numériques pour ce problème devient rapidement très demandant et ce, surtout en présence d'une excitation extérieure de grande amplitude. Dans ce cas, plusieurs approximations ne tiennent plus lorsqu'on s'intéresse à la physique de ce système. Par exemple, à forte puissance, les qubits supraconducteurs ne peuvent plus être traités comme de simples systèmes à deux niveaux. On doit effectivement tenir compte des niveaux supérieurs du qubit. Un exemple de cette difficulté est la mesure à avalanche, qui permet de déterminer l'état initial d'un qubit en regardant le nombre de photons dans le résonateur dans son état stationnaire. Dans un certain régime de paramètres, il est possible d'atteindre un nombre de l'ordre de 10[indice supérieur 5] photons lors de cette mesure. Ceci correspond à un espace de Hilbert très grand, de sorte que trouver numériquement l'état stationnaire est un défi, mais simuler la dynamique de ce système est un défi encore plus grand. Il faut donc se tourner vers des approximations ou des techniques numériques différentes pour parvenir à saisir la dynamique de ces systèmes. C'était donc la motivation première de ce projet. Pour y parvenir, il a fallu utiliser diverses méthodes numériques, ainsi que quelques approximations. Avec ces méthodes, on a étudié la dynamique de deux types de mesure qui se produisent à très grand nombre de photons et donc nécessitant un très grand espace de Hilbert.

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Fahri, Emmanuel. "Etude des anomalies paraélectriques quantiques de pérovskites dérivées de KTaO3". Montpellier 2, 1998. http://www.theses.fr/1998MON20190.

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Les cristaux paraelectriques quantiques sont des dielectriques qui devraient etre ferroelectriques en dessous d'une temperature de curie-weiss t#c. A basse temperature, les fluctuations ferroelectriques sont controlees par un mode critique de vibration transverse optique (to), dit ferroelectrique qui devient mou au centre de la zone de brillouin lorsque la temperature decroit. Mais pour t < t#q t#c, le fort mouvement quantique de point zero de l'ion central (ta dans ktao#3) empeche la condensation du mode ferroelectrique, dont la frequence #t#o se stabilise a basse energie. La constante dielectrique sature a une tres grande valeur, et un fort couplage avec le mode transverse acoustique devient visible. En 1991, k. A. Muller, d'apres une etude rpe, envisage une transition de phase d'un nouveau type dans ces materiaux. B. Hehlen et e. Courtens s'interessent alors aux proprietes basses frequences du srtio#3 et du ktao#3. Les etudes de diffusion neutronique, mais surtout brillouin, montrent alors, parmi les nombreuses anomalies, une nouvelle excitation tres basse frequence, qu'ils attribuent au second son, la propagation ondulatoire de la chaleur. Ce travail presente des resultats nombreux et originaux obtenus en diffusion neutronique et brillouin a basse temperature (5-300 k) dans ktao#3 pour et dope au sodium. Une parametrisation des nappes de phonons dans ktao#3 a servi de base au calcul de la largeur normale des phonons, de la vitesse theorique du second son, dans le cas ou il serait effectivement observable, et du spectre complet de diffusion brillouin par fluctuations de densite de phonons. La comparaison des simulations avec l'experience montre un bon accord pour le calcul des largeurs et des nappes, et le processus physique observe en spectroscopie brillouin est probablement celui de difference de deux phonons. Les differents aspects de la dynamique des phonons basse frequence peuvent etre unifies au sein d'une theorie de diffusion brillouin au second ordre.

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Bonno, Olivier. "Simulation Monte Carlo du transport quantique dans les composants nanométriques : application à l'étude de lasers à cascade quantique térahertz". Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009033.

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Les sources appelées lasers à cascade quantique (LCQ) présentent des potentialités très intéressantes pour l'émission aux fréquences térahertz. Ce travail vise à mieux comprendre les phénomènes physiques à l'origine du transport quantique dans les LCQ. Dans ce but, nous avons utilisé la simulation Monte Carlo. Le mémoire est divisé en trois parties. Dans une première partie, nous présentons les sources optoélectroniques émettant dans l'infrarouge. Nous précisons le formalisme de l'équation Maîtresse pour modéliser le transport quantique dans ces dispositifs. La deuxième partie est consacrée à la description du modèle en insistant particulièrement sur la modélisation de l'interaction électron-électron. Dans la troisième partie, nous examinons des LCQ émettant dans l'infrarouge lointain. Il ressort de nos études que l'interaction électron-électron joue un rôle prépondérant à ces fréquences. Nous envisageons ensuite deux voies afin de diminuer la fréquence jusqu'à 1 THz.

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Bonno, Olivier Thobel Jean-Luc. "Simulation Monte Carlo du transport quantique dans les composants nanométriques application à l'étude de lasers à cascade quantique térahertz /". Villeneuve d'Ascq : Université des sciences et technologies de Lille, 2007. https://iris.univ-lille1.fr/dspace/handle/1908/197.

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Nedel, Patrick. "Nanostructures photoniques ultimes pour l'information quantique". Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00676648.

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La généralisation des communications numériques (téléphonie mobile, courrier électronique, commerce électronique...) rend nécessaire la mise au point de systèmes dont la confidentialité des informations est garantie de manière absolue. L'utilisation des lois de la mécanique quantique comme moyen de cryptage répond à ce critère. Bien que les physiciens théoriciens aient commencé à réfléchir sur ce type de cryptage depuis les années 1970, les dispositifs effectivement utilisables et industrialisables à grande échelle ne sont pas encore disponibles. Parmi les dispositifs qu'il convient de développer et maîtriser, les sources de lumières capables de générer des photons à l'unité tiennent une place centrale. Une des principales difficultés rencontrées dans leur mise au point réside dans la nécessité d'atteindre une efficacité de collection de la lumière émise proche de l'unité. La solution généralement proposée consiste à maitriser leur environnement électromagnétique à l'aide de résonateurs optiques miniaturisés à l'échelle de la longueur d'onde. On peut ainsi bénéficier d'effets d'électrodynamique quantique, tel que l'effet Purcell, pour améliorer, par exemple, la dynamique et/ou la directivité d'émission des photons. La réalisation pratique de sources de photons n'a été rendue possible que par les progrès des nanotechnologies. L'utilisation de la technologie des semi-conducteurs est la voie prometteuse choisie dans ce travail, dans l'objectif de développer des composants miniaturisés et facilement intégrables, à la base d'une nouvelle génération de résonateurs optiques de taille ultime. Dans ce travail de thèse, nous proposons de développer une source de photons uniques utilisant des boites quantiques InAs -comme émetteurs uniques- incluses dans une membrane GaAs dans laquelle on réalise un résonateur optique consistant en une cavité à cristal photonique membranaire. On exploite la technologie des cristaux photoniques afin d'utiliser un unique mode optique résonant, dit mode de Bloch lent non dégénéré, opérant au-dessus de la ligne de lumière. On exploite diverses méthodes numériques pour la conception et la simulation du comportement électromagnétique des dispositifs. Nous effectuons ainsi une ingénierie fine de modes optiques permettant : (1) d'optimiser le facteur de Purcell dans une hétérostructure photonique(puits photonique analogue des puits quantiques électroniques). Nous montrons que le report de cette cavité sur un miroir de Bragg entraîne le doublement du taux de collection des photons, ainsi que de la dynamique d'émission; (2) de contrôler la directivité d'émission du mode pour améliorer l'efficacité d'extraction /collection des photons. Une étude détaillée de l'ingénierie du diagramme de rayonnement est présentée permettant d'appréhender la physique et de prévoir les caractéristiques10de l'émission du mode. Nous montrons, notamment, que la présence du miroir de Bragg peut fortement modifier la directivité d'émission. Les développements technologiques effectués en vue d'obtenir des résonateurs photoniques de hautes qualités sont également exposés. A la longueur d'onde d'émission de 900nm, choisie pour une adaptation optimale aux caractéristiques des détecteurs, la période du cristal photonique nécessaire est de l'ordre de quelques centaines de nm. Les outils et les paramètres de technologie de fabrication (par exemple, calibration de l'épaisseur du masque dur et des paramètres d'exposition de la résine par lithographie électronique) sont exposés en détail.

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Turinici, Gabriel. "Analyse des méthodes numériques de simulation et contrôle en chimie quantique". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00377187.

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Bescond, Marc. "Modélisation et simulation du transport quantique dans les transistors MOS nanométriques". Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00008075.

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La réduction constante de la taille des transistors conduit aujourd'hui à des dispositifs nano-métriques dans lesquels les effets quantiques sont de plus en plus prédominants. Ce travail modélise des transistors MOSFET ultimes et détermine l'impact des effets quantiques dans les architectures multi-grilles émergeantes. Nous utilisons le formalisme auto-cohérent des fonctions de Green hors-équilibre exprimé dans la théorie des liaisons fortes. Nous simulons tout d'abord un transistor double-grille 2D confiné, dans lequel l'axe source-drain est représenté par une chaîne atomique. Nous étudions l'amplitude du courant tunnel source-drain en fonction de la longueur de grille et montrons que les transistors conservent des caractéristiques électriques acceptables jusqu'à une longueur de grille de 7 nm. Nous développons ensuite un modèle 3D pour décrire les architectures à nanofil de silicium (Tri-gate, Pi-gate, Omega-gate, Gate-all-around). Une étude détaillée illustre plusieurs concepts de la théorie de transport de Landauer (quantum de conductance, résistance des réservoirs) et compare les performances électriques de chaque configuration de grille. Nous discutons l'influence du contrôle électrostatique en fonction de la longueur de grille et des dimensions de la section transverse. Enfin, nous proposons un modèle capable de traiter la présence de défauts ponctuels dans de tels composants 3D et analysons l'impact de leur type et de leur position.

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Turinici, Gabriel. "Analyse de methodes numeriques de simulation et controle en chimie quantique". Paris 6, 2000. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00377187.

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La chimie quantique est un domaine de recherche de plus en plus present dans les preoccupations des mathematiciens appliques. S'inscrivant dans cet mouvement, cette these propose quelques etudes d'analyse de methodes numeriques de simulation et controle en chimie quantique. La partie i est dediee a la presentation du cadre general de la chimie quantique computationnelle. Les techniques d'estimation a posteriori et leurs applications a la chimie quantique sont presentees dans la partie ii. Apres une introduction aux methodes a posteriori (chapitre ii-1) on presente dans le chapitre ii-2 une etude mathematique de la methode des variables adiabatiques et on propose en particulier un estimateur a posteriori. Des simulations numeriques qui illustrent les qualites de cet estimateur sont aussi presentees. Une etude d'analyse a posteriori de l'equation de hartree-fock est presentee en chapitre ii-3. Outre la construction d'un intervalle de confiance pour localiser l'energie de hartree-fock, la meme methode fournit un procede d'amelioration des solutions numeriques. Ces resultats theoriques ont ete testes et implementes sur un code de chimie quantique. Une etude concernant le controle au niveau quantique des phenomenes chimiques est presentee dans la partie iii. Des resultats permettant de decider de la controlabilite d'un systeme de dimension finie sont presentes en iii-1-2. Les criteres sont simples a verifier et donnent lieu a des interpretations intuitives. Des resultats theoriques complementaires et des exemples numeriques sont proposes dans iii-1. 3. Finalement, un code qui implemente des algorithmes genetiques pour l'etude des mecanismes de controle est decrit en chapitre iii-2.

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Bouazra, Adel. "Simulation des mécanismes de transport quantique dans les nanocomposants sur Silicium". Lyon, INSA, 2010. http://www.theses.fr/2010ISAL0040.

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La réduction de la taille des composants électroniques a entrainé des effets quantiques inévitables, à l’image du confinement quantique et l’effet tunnel. Nous avons essayé de mettre à profit ces phénomènes, pour l’étude du transport quantique à travers des oxydes ultras minces. En effet nous avons commencé par l’étude du transport quantique sur des structures 1D par la résolution des équations de Schrödinger-Poisson couplées. Un oxyde parfait n’existe pas et tenir compte des pièges est indispensable, c’est pourquoi nous les avons modélisé par un puit de potentiel, au niveau d’un oxyde et à l’interface entre deux diélectriques. La modélisation 1D ne suffit plus pour expliquer tous les phénomènes quantiques, c’est pourquoi l’étude et la modélisation des inclusions nanométriques, présentant un confinement bidimensionnel pour les fils et tridimensionnel pour les boites quantiques est primordiale. Pour ce faire, nous avons résolu les équations de Schrödinger en 2D et en 3D. L’étude du phénomène du transport à travers des boites quantiques, passe par la résolution des équations de Schrödinger-Poisson 3D. Nous nous sommes confrontés principalement à deux problèmes, techniquement très difficile à résoudre, qui se résume sur l’énorme temps de calcul machine et l’espace mémoire pris pour la résolution des problèmes à valeurs propres. L’approximation qui a été réalisée est de calculer l’équation de Poisson 3D en fixant à chaque fois le niveau de Fermi
[Reducing the size of electronic components has resulted in inevitable quantum effects such as quantum confinement and tunnelling affect. We have used these phenomena to the study of quantum transport through ultra-thin oxides. We began by studying the quantum transport for 1D structures by solving the coup led Schrodinger-Poisson equations. Oxide ls not perfect and lake account of trap is essential. The trap is modelled by a thin quantum well in the matrix or in interface between two oxides. One dimensions! modelling ls not enough to explain all quantum phenomena, therefore the study and modelling of nanoscale inclusions having a two-dimensions confinement for quantum wire and three dimensional confinement quantum dot, ls essential. To this end we solved the Schr6dinger equations in 20 and 30. The study of the phenomenon of transport through quantum dots, requires solving equations of Schrodinger-Poisson 3D. We face two main problems, technically very difficult to solve, which are the enormous computation al lime and machine memory space taken for solving eigenvalue problems. Some approximations have been made to solve this problem. ]

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Arnault, Pablo. "Discrete-time quantum walks and gauge theories". Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066135/document.

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Un ordinateur quantique (OQ), i.e. utilisant les ressources de la physique Q, superposition et intrication, pourrait fournir un gain exponentiel de temps de calcul. Une simulation utilisant ces ressources est appelée simulation Q (SQ). L’avantage des SQs sur les simulations classiques est bien établi au niveau théorique, i.e. software. Leur avantage pratique requiert un hardware Q. L’OQ, sous-entendu universel (cf. plus bas), n’a pas encore vu le jour, mais les efforts en ce sens sont croissants et variés. Aussi la SQ a-t-elle déjà été illustrée par de nombreuses expériences de principe, grâce à des calculateurs ou simulateurs Qs de taille réduite. Les marches Qs (MQs) sont des schémas de SQ particulièrement étudiés, étant des briques élémentaires pour concevoir n’importe quel algorithme Q, i.e. pour le calcul Q universel. La présente thèse est un pas de plus vers une simulation des théories Qs des champs basée sur les MQs à temps discret (MQTD). En effet, il est montré, dans certains cas, comment les MQTD peuvent simuler, au continu, l'action d'un champ de jauge Yang-Mills sur de la matière fermionique, et la rétroaction de cette-dernière sur la dynamique du champ de jauge. Les schémas proposés préservent l’invariance de jauge au niveau de la grille d’espace-temps, i.e. pas seulement au continu. Il est proposé (i) des équations de Maxwell sur grille, compatibles avec la conservation du courant sur la grille, et (ii) une courbure non-abélienne définie sur la grille. De plus, il est montré comment cette matière fermionique à base de MQTD peut être couplée à des champs gravitationnels relativistes du continu, i.e. des espaces-temps courbes, en dimension 1+2
A quantum (Q) computer (QC), i.e. utilizing the resources of Q physics, superposition of states and entanglement, could fournish an exponential gain in computing time. A simulation using such resources is called a Q simulation (QS). The advantage of QSs over classical ones is well established at the theoretical, i.e. software level. Their practical benefit requires their implementation on a Q hardware. The QC, i.e. the universal one (see below), has not seen the light of day yet, but the efforts in this direction are both growing and diverse. Also, QS has already been illustrated by numerous experimental proofs of principle, thanks too small-size and specific-task Q computers or simulators. Q walks (QWs) are particularly-studied QS schemes, being elementary bricks to conceive any Q algorithm, i.e. to achieve so-called universal Q computation. The present thesis is a step more towards a simulation of Q field theories based on discrete-time QWs (DTQWs). Indeed, it is shown, in certain cases, how DTQWs can simulate, in the continuum, the action of Yang-Mills gauge fields on fermionic matter, and the retroaction of the latter on the gauge-field dynamics. The suggested schemes preserve gauge invariance on the spacetime lattice, i.e. not only in the continuum. In the (1+2)D Abelian case, consistent lattice equivalents to both Maxwell’s equations and the current conservation are suggested. In the (1+1)D non-Abelian case, a lattice version of the non-Abelian field strength is suggested. Moreover, it is shown how this fermionic matter based on DTQWs can be coupled to relativistic gravitational fields of the continuum, i.e. to curved spacetimes, in several spatial dimensions

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Armagnat, Pacôme. "Physique quantique et électrostatique auto-cohérentes". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAY024/document.

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Dans un système nano-électronique quantique, l'énergie électrostatique représente souvent la plus grand échelle d'énergie. Pourtant, dans les travaux théoriques ou les simulations quantiques, l'environnement électrostatique est tout aussi souvent considérée comme un potentiel externe, ce qui peut conduire à une mauvaise représentation de la physique. Le développement d'outils numériques capables de traiter correctement l'électrostatique et son interaction avec la mécanique quantique est d'une importance capitale pour la compréhension des dispositifs quantiques, pax exemple dans les matériaux semi-conducteurs ou le graphène.Cette thèse est consacrée au problème de la physique quantique et électrostatique autocohérente. Ce problème (également connu sous le nom de Poisson-Schr"odinger") est notoirement difficile dans des situations où la densité des états varie rapidement avec l'énergie. A basse température, ces fluctuations rendent le problème hautement non linéaire, ce qui rend les schémas itératifs profondément instables. Dans cette thèse, nous présentons un algorithme stable qui apporte une solution à ce problème avec une précision contrôlée. La technique est intrinsèquement convergente, y compris dans les régimes très non linéaires. Il fournit ainsi une voie viable pour la modélisation prédictive des propriétés de transport des dispositifs de nanoélectronique quantique.Nous illustrons notre approche par un calcul de la conductance différentielle d'un point de contact quantique.Nous réexaminons également le problème des bandes compressibles et incompressibles dans le régime de l'effet Hall quantique entier. Nos calculs révèlent l'existence d'une nouvelle phase "hybride" pour les champ magnétiques intermédiaires, qui sépare la phase à faible champ des bandes (in)compressibles à champ élevé.Dans une deuxième partie, nous construisons une théorie qui décrit la propagation des excitations collectives (plasmons) qui peuvent être excitées dans des gaz électroniques bidimensionnels. Notre théorie, qui se réduit au liquide de Luttinger en une dimension, peut être directement reliée au problème électrostatique quantique microscopique, ce qui nous permet de faire des prédictions sans aucun paramètre libre. Nous discutons des expériences récemment faites à Grenoble, qui visent à démontrer la faisabilité de bits quantiques volants. Nous constatons que notre théorie concorde quantitativement avec les données expérimentales
Electrostatic energy is very often the largest energy scale in quantum nanoelectronic systems. Yet, in theoretical work or numerical simulations, the electrostatic landscape is equally often taken for granted as an external potential, which may result in a wrong physical picture. Developing numerical tools that can properly handle the electrostatics and its interplay with quantum mechanics is of utter importance for the understanding of quantum devices in e.g. semi-conducting or graphene like materials.This thesis is devoted to the self-consistent quantum-electrostatic problem. This problem (also known as Poisson-Schr"odinger) is notoriously difficult in situations where the density of states varies rapidly with energy. At low temperatures, these fluctuations make the problem highly non-linear which renders iterative schemes deeply unstable. In this thesis, we present a stable algorithm that provides a solution to this problem with controlled accuracy. The technique is intrinsically convergent including in highly non-linear regimes. Thus, it provides a viable route for the predictive modeling of the transport properties of quantum nanoelectronics devices.We illustrate our approach with a calculation of the differential conductance of a quantum point contact geometry.We also revisit the problem of the compressible and incompressible stripes in the integer quantum Hall regime. Our calculations reveal the existence of a new ”hybrid” phase at intermediate magnetic field that separate the low field phase from the high field stripes.In a second part we construct a theory that describes the propagation of the collective excitations (plasmons) that can be excited in two-dimensional electron gases. Our theory, which reduces to Luttinger liquid in one dimension can be directly connected to the microscopic quantum-electrostatic problem enabling us to make predictions free of any free parameters. We discuss recent experiments made in Grenoble that aim at demonstrating electronic flying quantum bits. We find that our theory agrees quantitatively with the experimental data

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Lhuillier, Emmanuel. "Transports electronique dans les super-réseaux : applications aux détecteurs infrarouges à grandes longueur d'onde". Palaiseau, Ecole polytechnique, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/docs/00/52/86/65/PDF/THESE_EL.pdf.

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L'imagerie infrarouge bas flux requiert des détecteurs grandes longueurs d'onde de hautes performances. Les détecteurs à puits quantiques (QWIP), de par la maturité de GaAs, la facilité à ajuster la longueur d'onde détectée sur une très large gamme et la possibilité de réaliser de larges matrices uniformes constituent d'excellents candidats pour ces applications. Afin de confirmer leur intérêt nous avons procédé à la caractérisation électro-optique fine d'un composant QWIP détectant à 15µm. Les performances mesurées ont été utilisées pour simuler celles d'une caméra basée sur ce détecteur et dédiée à un scénario faible flux et ont permis de valider la capacité de la filière QWIP à répondre à de telles missions infrarouges. Ces simulations ont aussi mis en évidence le rôle extrêmement préjudiciable joué par le courant d'obscurité. Nous avons alors mis au point une simulation basée sur un code de diffusion entre états localisés qui nous a permis de mieux appréhender le transport dans ces structures. Un important travail de développement de l'outil de simulation a été nécessaire. Ce code a révélé le rôle déterminant du profil de dopage sur le niveau de courant d'obscurité. Nous avons ainsi pu réaliser de nouvelles structures aux profils de dopage optimisés et dont le niveau de courant d'obscurité est abaissé de 50%. Nous avons par ailleurs pu apporter une interprétation quantique à la forme des courbes I(V) observée. Mais notre code de simulation s'avère plus généralement un outil puissant de simulation du transport dans les hétérostructures. L'influence des défauts de croissance (défauts d'interface et désordre) a pu être quantifiée et nous avons pu apporter les premières prédictions de performances de QCD THz. Enfin l'influence des effets non locaux sur le transport a été étudiée. L'observation de dents de scie sur les courbes I(V) de QWIP a pu être modélisée et son influence sur la détectivité évaluée
The low flux infrared imaging needs performant high wavelength detectors. Quantum Well Infrared Photodetectors (QWIP), thanks to the maturity of GaAs, the possibility to adjust the detected wavelength on a large range and to realize large uniform matrix are good candidate for such applications. In order to validate this interest, we have performed an electro-optic characterization of a 15µm sample. These measurements have been used to simulate the performance of a camera based on this QWIP and used in a low infrared photons flux scenario. We predict that this QWIP would succeed. Nevertheless these simulations also underline the detrimental role of the dark current. Thus we have developed a simulation tool based on a hoping approach between localized states, which provide us a better understanding of the transport in these heterostructures. The code has in particular underlines the role plays by the electron –ionized impurities interaction, which make the dark current very sensitive to the doping profile. Using this tool we have designed new structures, with optimized doping profile, in which the scattering rate has been decreased by a factor two. Moreover we have identified a quantum origin to the plateau shape of the I(V) curve. This code is more generally a useful simulation tool for the transport in hétérostructures. The influence of growth defects (non ideal interface and disorder) has been quantized and we have performed the first evaluation of The R0A in a THz QCD. Finally non local transport effects have been investigated. Saw teeth observation on the I(V) curves have been modeled and their influence on the detectivty estimated

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Polizzi, Eric. "Modélisation et simulations numériques du transport quantique balistique dans les nanostructures semi-conductrices". Toulouse, INSA, 2001. http://www.theses.fr/2001ISAT0023.

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L'objectif principal de ce travail de thèse concerne la modélisation et la simulation numérique du transport quantique balistique dans des dispositifs semi-conducteurs multidimensionnels ouverts. Le modèle quantique Schrödinger-Poisson que nous utilisons, prend notamment en considération l'existence de potentiels mous dans les structures, les réactions de charge d'espace des électrons (via l'équation de Poisson) ainsi que l'injection des électrons dans le dispositif (conditions aux limites transparentes pour l'équation de Schrödinger). Dans le cas spécifique des dispositifs tridimensionnels à guides d'onde électronique AlGaAs/GaAs issus de la technologie split-gate, nous avons montré l'importance des phénomènes quantiques qui apparaissent dans la zone active de la structure. Nous avons dérivé un modèle de transport quasi-3D qui réduit la dimensionnalité physique du gaz d'électrons en prenant en compte le confinement bidimensionnel des porteurs. L'équation de Schrödinger tridimensionnelle est alors remplacée par une équation de Schrödinger monodimensionelle dans la direction confinée et une équation de Schrödinger bidimensionnelle (avec conditions aux limites transparentes dans la direction de transport). L'équation de Poisson est résolue en dimension 3. Les résultats de simulations numériques obtenus à l'aide du modèle quasi-3D montrent que ce dernier est une bonne approximation du modèle 3D complet et présente un coût numérique considérablement réduit. Dés lors, nous avons pu réaliser des simulations numériques de dispositifs T-stub et coupleur quantique se trouvant dans des situations hors équilibre, et ainsi obtenu les caractéristiques courant-tension. La dernière partie de la thèse concerne l'étude du transistor nano-MOSFET à l'aide d'un modèle quantique bidimensionnel complet. Les premiers résultats numériques obtenus à l'équilibre, traduisent le phénomène de confinement transverse des électrons dans le canal. Notons finalement, que le code de calculs 3D baptisé NESSIE qui a été développé au cours de cette thèse, peut être utilisé afin d'étudier de nombreuses caractéristiques électroniques de divers dispositifs quantiques
This thesis is concerned with the modeling and numerical simulations of ballistic quantum transport in multidimensionnal open devices. The simulation is performed by solving self-consistently the Schrödinger equation (for electrons) and Poisson equation (for space charge effects). To account for injection phenmona, open boundary conditions are prescribed for the Schrödinger equations. In the case of the three dimensional electron waveguide devices such as T-stubs and quantum couplers, we show the importance of quantum effects in the active region. Moreover, a quasi-three dimensional model for these open heterostructures is proposed. The derivation of the model relies on the strong confinement of the electrons at the heterojunction which allows to split the three dimensional Schr\"odinger equation into a one Schrödinger equation for the confined direction and a two dimensional Schrödinger equation in the transport direction. The space charge effects are taken into account in a three dimensional framework. Numerical simulations of open split gate devices are used to illustrate the accuracy of the quasi-3D model versus the fully 3D model with much less numerical effort. The quasi-3D is used to show the importance of the non linear current voltage characteristics. The last part of the thesis deals with the bidimensional quantum model of the nanoscale MOSFET and shows some first results about the confinement of the electrons in the channel. Finally, the 3D code NESSIE which was developped during this thesis, is a tool which could be used to study a wide range of characteristics (current-voltage, temperature effects, conductance quantization effects\dots) of many open quantum structures

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Grillet, Corentin. "Simulation du transport quantique dans les transistors en semi-conducteurs III-V". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAT020.

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Au cours de cette thèse, nous avons implémenté des méthodes numériques visant à simuler des transistors à base de semi-conducteurs III-V. En recourant à un Hamiltonien k.p à huit bandes et au formalisme des fonctions de Green, nous avons été en mesure de modéliser de nombreux phénomènes quantiques prenant place dans lesdits nanocomposants. En effet, afin d'anticiper au mieux leur comportement, il est essentiel de tenir compte du confinement quantique, de l'effet tunnel, des interférences, ou encore des interactions électrons-phonons, entre autres effets. Dans nos simulations, ces phénomènes se manifestent sous la forme d'un déplacement des bandes d'énergie ou par des transitions tunnel "bande à bande" ou "source vers drain", et influencent la dispersion des électrons. En outre, le modèle physique a aussi été amélioré par l'implémentation de contraintes de déformation, et la prise en compte les défauts de surface. Cela nous a permis de formuler des prédictions réalistes quant au comportement de différents nanodispositifs logiques. L'objectif de ce travail était de chercher un possible remplaçant à la technologie silicium parmi différents candidats à base de matériaux III-V. En vue de mener à bien ce projet, nous nous sommes donc intéressés à différentes structures. Tout d'abord, nous avons simulé un MOSFET ultra-fin de type n, comportant un canal en In(Ga)As. Ensuite, nous nous sommes aventurés un peu plus loin dans l’extrême miniaturisation, en modélisant des transistors à grille enrobante à base de nanofils. Enfin, notre attention s'est portée sur un tout autre type d'architecture, en étudiant un transistor à effet tunnel vertical, formé d'un assemblage GaSb/AlSb/InAs
In this work, we have implemented numerical methods to simulate III-V semiconductor transistors. Thanks to an eight-band k.p Hamiltonian and the non-equilibrium Green's functions formalism, we were able to account for many of the quantum effects that arise in these nano-scale devices. Indeed, in order to accurately predict their behavior, one must consider the impact of quantum confinement, tunneling, interferences, or electron-phonon interactions, to cite some of them. In our simulations, these phenomena manifest themselves in the form of short-channel effects, energy band shifts, band-to-band and source-to-drain tunneling processes, and also influence scattering events. Additionnaly, the model has been improved by the implementation of strain effects and surface roughness. This allowed us to formulate predicitions about the characteristics of different logic devices in a realistic context. The aim of this work was to look for possible III-V based candidates that could outperform current silicon technology. To carry out this investigation, we have studied different device architectures. First, we simulated a ultra-thin body n-type MOSFET with an In(Ga)As channel. Second, we made a further step towards ultra-scaled devices, by simulating gate-all-around nanowire transistors. Third, we moved to a totally different kind of architecture, by studying a vertical GaSb/AlSb/InAs tunnel-FET device

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Ayyadi, Asma El. "Couplage des modèles classique-quantique. Simulation de la diode à effet tunnel". Toulouse, INSA, 2002. http://www.theses.fr/2002ISAT0026.

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L'objectif principal de ce travail de thèse concerne l'étude des modèles couplant des équations de type dérive-diffusion avec des équations de type Schrödinger. Ces problèmes sont motivés par des applications à la physique des dispositifs semi-conducteurs. Nous avons dérivé un modèle hybride dérive-diffusion/quantique à partir du modèle cinétique introduit par Ben Abdallah ('98), en supposant que l'opérateur de collisions est linéaire. Une approximation du second ordre conduit à l'introduction des termes correcteurs de couche limite, nécessitant la résolution de problèmes de Milne. La condition aux limites obtenue s'exprime par une relation de proportionnalité entre les niveaux de Fermi et le courant. L'approximation du coefficient de proportionnalité a été faite à partir de deux approches : l'approximation d'albédo et le schéma itératif introduit par Golse-Klar ('95). L'analyse du modèle est complétée par un travail d'expérimentation numérique. Nous avons généralisé l'approche précédente à une statistique de Fermi-Dirac, et donc l'opérateur de Boltzmann est remplacée par le modèle non linéaire. Dans la dernière partie de la thèse nous avons pris en compte des effets collisionnels dans la zone quantique par l'intermédiaire de l'équation de Pauli. Ainsi nous avons donné des conditions de transmission cinétique/quantique généralisant le modèle de Ben Abdallah. Le modèle fluide est ensuite dérivé comme dans les chapitres précédents. En dernier lieu, nous avons présenté une version transitoire du modèle hybride
The principal objective of this work of thesis is to deal with the problem of coupling macroscopic fluid models (namely the Drift-Diffusion model) with quantum models (namely the Schrödinger equation) for those semiconductor devices where quantum effects play an important role only in a (small) portion of the domain. The hybrid classic-quantum models derived here are then coupled self-consistently with Poisson equation on the whole domain. The starting point for deducing the interface conditions is the kinetic-quantum coupling studied by Ben Abdallah ('98). The interface conditions are obtained with a diffusion limiting process. Second order interface conditions incorporating kinetic boundary layer corrections are derived. Two analytical formulae for the extrapolation coefficient appearing in the second order interface conditions, are proposed : the first one is based on the approximation of the albedo operator and the second one is an iteration procedure first introduced by Golse-Klar ('95). Resonant tunnelling diodes are simulated for two test cases of the results of the literature and the model shows good performance. Chapter 3 contains the extension of the results of the previous chapter to the case of Fermi-Dirac statistics and it follows the same structure. In the chapter 4 collisions are included in the quantum model via the Pauli equation. Appropriate interface conditions are deduced. Chapter 5 deals with the time dependant case with Boltzmann statistics

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Yehia, Raja. "Design and Optimization of Tools for the Quantum Internet". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2022SORUS288.pdf.

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Cette thèse s’inscrit dans l’effort international pour construire des réseaux quantiques utilisables par tous. Nous essayons de souligner les problématiques importantes ainsi que les paramètres expérimentaux pouvant être bloquants. Nous explorons différents aspects des réseaux quantiques en vue d’aider la communauté internationale à construire l’Internet quantique. Après avoir introduit certaines notions de base d’informatique quantique pour la compréhension de la suite, nous définissons l’Internet quantique, dégageons les principales problématiques et enjeux. Puis, nous nous penchons sur une série de protocoles, bipartites et multipartites, que nous explicitons. Ensuite, nous étudions la sécurité composable d’un protocole réseau de vérification d’intrication multipartite, utilisé comme bloc de base par de nombreux autres protocoles. Dans le chapitre suivant, nous simulons et analysons différents protocoles de répéteurs quantiques permettant de lier deux nœuds du réseau à grande distance. Ces répéteurs utilisent un défaut dans la structure cristalline du diamant, que nous modélisons. Enfin, les deux derniers chapitres sont dédiés à la construction et à la simulation d’une architecture de réseau quantique transnational qui minimise la quantité de matériel nécessaire pour les utilisateurs du réseau. Nous étudions d’abord un réseau métropolitain, dont nous simulons une instance dans un contexte parisien. Nous exposons les paramètres expérimentaux ainsi que les performances actuelles. Ensuite nous étudions la possibilité d’établir une connexion entre différentes villes quantiques distantes de plusieurs centaines de kilomètres à l’aide de satellites
This thesis is written in the context of quantum Internet development. We try here to contribute to the community by discussing some security concerns and by providing detailed models and simulation studies of quantum internet architectures and protocols. We explore different aspects of quantum networks on the path to the Quantum Internet. After introducing basic quantum information notions, we define the Quantum Internet and highlight the main goals and challenges. Then, we list a few bipartite and multipartite applications. After that, we study the composable security of a multipartite entanglement verification protocol, that is used as a building block by many other protocols. In the following chapter, we perform simulations of different quantum repeater protocols allowing connection between two distant nodes. These repeaters use a defect in the crystalline structure of the diamond, that we model. Finally, the last two chapters are dedicated to building and simulating an international quantum network architecture that minimizes the necessary hardware for the end users. We first study a metropolitan network, called the Quantum City, that we simulate in a Parisian context. We highlight the main parameters and today’s performances. Then, we study the feasibility of connecting different quantum cities separated by hundred of kilometers using satellites

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Michel, Antoine. "Quantum simulation for strongly interacting fermions with neutral atoms array : towards the simulation of materials of interest". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. http://www.theses.fr/2023UPASP149.

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La simulation quantique fait entrevoir la promesse d’améliorer les simulations atomiques utilisées à EDF pour anticiper le vieillissement des matériaux d’intérêts. Un simulateur en particulier semble particulièrement adapté pour modéliser des électrons en interaction : les atomes de Rydberg. Le premier travail de cette thèse est de concevoir un algorithme variationnel implémentable sur un simulateur à atomes de Rydberg pour la chimie. Cet algorithme est spécialement conçu pour cette plateforme et optimisé par des outils théoriques récents. Nous comparons nos résultats numériques, obtenus avec une émulation d’une vraie expérience, avec d’autres approches et montrons que notre méthode est plus efficace. Enfin, nous montrons qu’en limitant le nombre de mesures pour que l’expérience soit réalisable sur une vraie architecture, nous pouvons atteindre l’énergie fondamentale des molécules H2, LiH et BeH2 avec 5% d’erreur.Pour un deuxième algorithme, nous avons utilisé la méthode des spins “esclaves” afin d’implémenter la physique du modèle de Fermi-Hubbard 2D sur un simulateur à atomes de Rydberg. L’idée est de découpler les degrés de liberté de charges et des spins “esclaves” à l’aide d’un champ moyen pour obtenir deux Hamiltoniens auto-cohérents : un résolvable classiquement et un Hamiltonien d’Ising qui peut être reproduit sur un simulateur quantique. Nous montrons numériquement que nous pouvons retrouver une transition de Mott du modèle initial avec cette méthode même en émulant le bruit d’une vraie expérience et nous montrons que nous pouvons aussi retrouver la dynamique des électrons hors équilibre dans ce même paradigme avec de bons résultats. Les deux algorithmes peuvent potentiellement être améliorés théoriquement jusqu’à atteindre des matériaux d’intérêts, mais ils sont aussi implémentables sur les architectures existantes aujourd’hui, pour atteindre un potentiel avantage quantique
Quantum simulation holds the promise of improving the atomic simulations used at EDF to anticipate the ageing of materials of interest. One simulator in particular seems well suited to modeling interacting electrons: the Rydberg atoms. The first task of this thesis is to design a variational algorithm that can be implemented on a Rydberg atom simulator for chemistry. This algorithm is specially designed for this platform and optimized by recent theoretical tools. We compare our numerical results, obtained with an emulation of a real experiment, with other approaches and show that our method is more efficient. Finally, we show that by limiting the number of measurements to make the experiment feasible on a real architecture, we can reach the fundamental energy of H2, LiH and BeH2 molecules with 5% error.For a second algorithm, we used the "slave" spin method to implement the physics of the Fermi-Hubbard 2D model on a Rydberg atom simulator. The idea is to decouple the degrees of freedom of charges and "slave" spins using a mean field to obtain two self-consistent Hamiltonians: a classically solvable one and an Ising Hamiltonian that can be reproduced on a real machine. We show numerically that we can recover a Mott transition from the initial model with this method even when emulating the noise of a real experiment, and we show that we can also recover the dynamics of non-equilibrium electrons in this same paradigm with good results. Both algorithms can possibly be improved theoretically until they reach materials of interest, but they can also be implemented on today's existing architectures, to achieve a potential quantum advantage

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Bahlak, Samia. "Contribution à l'étude d'un modulateur acousto-optique à puits quantiques". Valenciennes, 1997. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/a93e0d34-1079-4e51-b081-345993233dd1.

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Notre travail s'inscrit dans la mise au point de nouveaux circuits intégrées monolithiques de traitement du signal dans la gamme du Ghz. Il porte sur l'étude d'un modulateur acousto-électro-optique formé de multi-puits quantiques ou nous exploitons l'effet du confinement quantique et le phénomène de résonance excitonique. L'absorption optique est modulée par l'effet Stark et les déformations induits par une onde acoustique de surface. Un outil théorique d'optimisation de la structure du modulateur a été mis au point. La méthode des éléments finis est utilisée pour calculer les niveaux énergétiques des bandes de conduction et de valence et les fonctions d'onde électroniques correspondantes tandis que les énergies de liaisons excitoniques sont calculées par la méthode variationnelle. L'influence des différents paramètres sur l'absorption optique est étudiée. L'optimisation donne des résultats très satisfaisants : rapport de contraste de 18db et variation de transmittance de 0,75. Deux prototypes ont été réalisés dans le but de différencier les effets physiques mis en jeu. La caractérisation du composant par photoluminescence et photoréflectance met en évidence la faisabilité du modulateur acousto-electro-optique à puits quantiques et montre la bonne qualité des prototypes réalisés.

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Tesis sobre el tema "Simulations quantiques"

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