Systèmes quantiques ouverts, Ingenierie de réservoir, Équation maîtresse de Lindblad, Circuits quantiques, Calcul optique

Cette thèse est consacrée à l'étude de la dynamique induite par réservoir dans les systèmes quantiques ouverts ainsi qu'à l'apprentissage automatique au moyen de réservoirs photoniques classiques. Nous étudions la problématique générale de la dynamique d'ensembles bipartis comprenant un système dont des modes d'intérêt indépendants sont couplés à un réservoir dissipatif pompé doté d'une certaine extension spatiale. En particulier, nous abordons le cas des réservoirs étendus quantiques, cohérents et markoviens. Dans le cadre du formalisme de l'équation maîtresse de Lindblad, nous dérivons des expressions générales, indépendantes du modèle considéré, décrivant les processus cohérents et incohérents médiés par de tels réservoirs dissipatifs et pompés et fournissons une description effective de la dynamique réduite des modes du système. En nous servant d'unités optomécaniques comme de cellules fondamentales, nous étudions le contrôle du transport de particules médié par cavité dans des réseaux de résonateurs optomécaniques dont seules les cavités sont mutuellement couplées et où les modes optiques se comportent comme un réservoir non-local contrôlé. En particulier, nous montrons que le flux de phonons thermiques à travers de telles structures peut être contrôlé et dirigé par un réglage approprié de la phase du pompage du réservoir. Nous donnons également une description quantique détaillée des nano-résonateurs à disque en semi-conducteur, en modélisant le couplage fort entre les excitons d'un puits quantique intégré en leur sein et leur déformation mécanique. Nous présentons ensuite un nouvel algorithme pour la simulation numérique de l'évolution en temps continu de systèmes quantiques ouverts à entropie modérée qui surmonte la complexité de l'équation maîtresse de Lindblad par une représentation efficace de la matrice de densité. Nous appliquons cette méthode à la modélisation d'algorithmes quantiques bruités. Enfin, nous présentons les machines à noyau photonique, des dispositifs optiques capables d'effectuer des tâches d'apprentissage automatique au moyen de réservoirs photoniques. Nous en décrivons analytiquement le mécanisme d'apprentissage par des concepts issus de la théorie des machines à noyaux, en en dévoilant les représentations internes. Nous appliquons ce procédé à l'analyse spectrale ultrarapide de signaux radiofréquences bruités par une mesure d'intensité optique des modes d'un réseau photonique, tant sur des tâches de régression que de classification.