Membre
Alex Chin
Toute technologie quantique (QT) tente d’exploiter les propriétés non classiques de la lumière et de la matière pour atteindre une suprématie et des efficacités potentiellement exponentielles par rapport aux approches déterministes classiques dans des tâches telles que le calcul, les communications, la détection et la métrologie [1]. Cependant, les états quantiques fortement enchevêtrés – et en particulier ceux à plusieurs corps – sont sujets à des effets délétères résultant de l’action omniprésente d’interactions incontrôlables entre les systèmes quantiques et les degrés de liberté inobservables et en constante fluctuation de leur environnement. Cela conduit à des processus rapides et irréversibles tels que la décohérence et la thermalisation qui détruisent les ressources technologiques quantiques, telles que l’intrication multipartite, et limitent actuellement le développement de tout QT évolutif. Mes travaux explorent la physique microscopique, en temps réel et hors équilibre de la décohérence, ainsi que la riche phénoménologie théorique des « systèmes quantiques ouverts ». En modélisant, simulant et analysant les interactions fondamentales des systèmes quantiques avec un grand nombre de degrés de liberté environnementaux, nous espérons donner un aperçu du contrôle et de la suppression potentiels des sources de bruit et d’erreur dans des plateformes réalistes à l’état solide pour les futurs QT. En outre, nous développons également des méthodes théoriques puissantes pour étudier la dynamique des systèmes quantiques ouverts hautement non-perturbatifs, ce qui nous permet d’explorer le monde des matériaux optoélectroniques biologiques et organiques. Ce travail dans le domaine de la dynamique des réseaux tensoriels [2] a été une contribution décisive au domaine fascinant et en plein essor des « technologies quantiques moléculaires » où – de manière quelque peu surprenante – une interaction entre les dynamiques quantiques dissipatives et cohérentes pourrait être exploitée dans des matériaux quantiques fonctionnels spécialement conçus pour une large gamme d’applications organiques de récolte d’énergie et de catalyse [3].
Légende : Les systèmes quantiques ouverts fortement couplés apparaissent naturellement dans les systèmes organiques, ce qui conduit à de nouvelles dynamiques quantiques présentant des avantages potentiels pour les applications énergétiques. (A gauche) Les protéines photosynthétiques à l’échelle nanométrique transportent et concentrent efficacement les excitons par le biais d’états délocalisés de manière cohérente. (Au milieu) Dans la fission singulière, une photoexcitation génère spontanément une paire d’excitations enchevêtrées dans le spin qui peut distribuer des ressources quantiques dans l’état solide [2]. (A droite) Les effets non-markoviens et la transition ultra-rapide de l’état classique à l’état quantique induite par les environnements moléculaires peuvent jouer un rôle clé dans l’événement critique de séparation de charge dans les photovoltaïques organiques [3].
Principales collaborations et projets financés
- Lovett Group, St Andrews (UK) : « Dynamique quantique et contrôle des nanomachines bio-inspirées ». Financement bi-latéral : La direction générale de l’Armement (DGA) et le Defence Science and Technology Laboratory (DSTL).
- Groupe Rao, Université de Cambridge (UK) : Divers projets liés à la prédiction et à l’observation de dynamiques quantiques ouvertes résolues spatio-temporellement dans des nanostructures organique
Publications
[1] Quantum Metrology in Non-Markovian Environments. Alex W. Chin, Susana F. Huelga, and Martin B. Plenio. Quantum Metrology in Non-Markovian Environments.Phys. Rev. Lett. 109, 233601(2012). https://journals.aps.org/prl/references/10.1103/PhysRevLett.109.233601
[2] Florian Schröder, David Turban, Andrew Musser, Nicholas Hine, Alex Chin. Tensor network simulation of multi-environmental open quantum dynamics via machine learning and entanglement renormalisation. Nature Communications, Nature Publishing Group, 2019, 10 (1), ⟨10.1038/s41467-019-09039-7⟩. ⟨hal-02377569⟩
[3] S Gélinas, A Rao, A Kumar, SL Smith, AW Chin. Ultrafast long-range charge separation in organic semiconductor photovoltaic diodes. Science 343 (6170), 512-516 (2014).https://science.sciencemag.org/content/343/6170/512.full
