Transfert d'énergie et d'impulsion dans des structures électromagnétiques complexes // Energy and Momentum Transfer in Complex Electromagnetic Structures

Dans le cadre du développement des technologies quantiques, la gestion des échanges d'énergie et des processus thermodynamiques à l'échelle des systèmes quantiques individuels devient essentielle. À ces échelles, les effets quantiques jouent un rôle clé et offrent de nouvelles opportunités pour le contrôle de l'énergie, le calcul et la détection. La compréhension des interactions entre ces systèmes, en particulier lorsqu'ils sont hors d'équilibre thermique, est cruciale pour exploiter ces effets.

Ce projet de thèse propose d'étudier les échanges d'énergie dans des systèmes quantiques élémentaires (atome, point quantique, défaut quantique, qubits supraconducteurs) hors d'équilibre thermique. Ces systèmes seront couplés à un bain électromagnétique stationnaire hors équilibre, créé par des objets macroscopiques à différentes températures. Les interactions entre ces objets, à différentes températures, provoquent des effets importants sur des phénomènes tels que les forces, la thermalisation et la décohérence.

L'objectif du projet est d'explorer comment la nanostructuration et des propriétés diélectriques particulières peuvent influencer ces systèmes quantiques, en particulier pour les applications dans les micro/nano-machines basées sur la physique quantique hors équilibre. Ces systèmes pourraient permettre de nouvelles avancées technologiques, notamment dans la gestion de l'énergie, le contrôle des flux thermiques, la protection des états quantiques et la réalisation de cycles thermodynamiques.

Les axes d'exploration incluent :

- Échanges d'énergie et thermodynamique : Étudier les échanges d'énergie entre systèmes quantiques et comment ces échanges peuvent être contrôlés pour optimiser la gestion de l'énergie et des flux thermiques.

- Physique hors équilibre : Analyser le comportement des systèmes quantiques hors d'équilibre thermique, en étudiant les impacts sur les forces, la thermalisation et la décohérence.

- Nanostructuration et propriétés diélectriques : Étudier l'impact de la nanostructuration et des propriétés diélectriques des matériaux sur le comportement des systèmes quantiques en termes de gestion de l'énergie et de processus thermodynamiques.

- Préparation et protection des états quantiques : Rechercher des méthodes pour préparer et protéger les états quantiques, essentiels pour le développement des technologies comme l'informatique quantique et la détection ultra-sensible.

- Cycles thermodynamiques : Examiner comment les systèmes quantiques élémentaires peuvent être utilisés pour réaliser des cycles thermodynamiques, avec des applications potentielles dans l'énergie quantique et la réfrigération.

Le candidat aura l'opportunité de travailler à la pointe de la recherche en physique quantique, en collaborant avec des institutions de renom telles que l'Université de Madrid et l'Université de Barcelone.

Nous recherchons un candidat motivé ayant une solide formation en physique théorique, en particulier en mécanique quantique, thermodynamique et électromagnétisme. La maîtrise des simulations numériques est un atout. Un grand intérêt pour la physique quantique et les technologies émergentes est essentiel.
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As quantum technologies continue to evolve, managing energy exchanges and thermodynamic processes at the level of individual quantum systems becomes increasingly crucial. Quantum effects at small scales play a significant role and offer unique possibilities in energy control, computation, and sensing. The ability to manage energy exchanges in such systems requires an in-depth understanding of the interactions between quantum systems, particularly when they are driven out of thermal equilibrium.

This PhD project offers a unique opportunity to explore the fundamental physics of energy exchanges in elementary quantum systems (such as atoms, quantum dots, quantum defects, and superconducting qubits) driven out of thermal equilibrium. These systems will be coupled to a stationary non-equilibrium electromagnetic bath, created by macroscopic objects held at different temperatures. The interactions between objects at varying temperatures give rise to significant effects on phenomena like forces, thermalization, and decoherence.

The project will adopt a theoretical approach to investigate how nanostructuration and special dielectric properties can influence these quantum systems, which are based on non-equilibrium physics. These micro/nano-machines may enable groundbreaking advances in quantum technologies, such as energy management, heat flux control, quantum state preparation, and the realization of thermodynamic cycles.

Key areas of exploration will include:

- Energy Exchange and Thermodynamics: Understanding how energy is exchanged between quantum systems and how these exchanges can be controlled for optimal performance, including heat flux management.

- Non-Equilibrium Physics: Analyzing how quantum systems behave when driven out of thermal equilibrium and studying the impact on forces, thermalization, and decoherence.

- Nanostructuration and Dielectric Properties: Exploring how nanostructuring and unique dielectric properties affect the behavior of these systems, especially in relation to energy management and thermodynamic processes.

- Quantum State Preparation and Protection: Investigating methods to prepare and protect quantum states, which are critical for the development of quantum computing, sensing, and other technologies.

- Thermodynamic Cycles: Studying how elementary quantum systems can be engineered to perform thermodynamic cycles, with potential applications in quantum energy harvesting and refrigeration.

This project will provide the candidate the opportunity to work on cutting-edge quantum research, bridging quantum mechanics, materials science, and technology. Potential collaborations with institutions such as the University of Madrid and the University of Barcelona will also be part of the research.

We are seeking a highly motivated PhD candidate with a solid background in theoretical physics, particularly in quantum mechanics, electromagnetism, and thermodynamics. Familiarity with numerical simulations is desirable. A strong passion for exploring quantum physics and technology is essential.

If you are interested in pushing the boundaries of quantum systems and contributing to the future of quantum technologies, we encourage you to apply for this PhD position.

Requirements:

A Master's degree or equivalent in Physics or a related field.
Strong knowledge in quantum mechanics, thermodynamics, and electromagnetism.
Experience with numerical simulations is a plus.
A collaborative mindset and the desire to work in an interdisciplinary research environment.
This PhD project offers the opportunity to contribute to innovative research in quantum dynamics, thermodynamics, and nanotechnology, with potential real-world applications in quantum computing, energy management, and quantum sensors.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Financement d'un établissement public Français

Université de Montpellier

166 I2S - Information, Structures, Systèmes

Le candidat devra posséder de très bonnes compétences en physique générale et tout particulièrement en électromagnétisme et en mécanique quantique. Une connaissance de base en matière de simulations numérique est souhaitée.
The candidate must have strong skills in general physics, particularly in electromagnetism and quantum mechanics. Basic knowledge of numerical simulations is desired.