Simulation quantique de l'effet de Hawking et de la superradiance dans des fluides quantiques de lumière // Quantum simulation of the Hawking effect and superradiance in quantum fluids of light

La physique des analogues constitue une direction de recherche prometteuse en physique moderne, fondée sur les similarités entre les modèles mathématiques décrivant des systèmes différents. L'idée d'exploiter ces analogies afin d'étudier en laboratoire des systèmes et des régimes autrement inaccessibles est apparue relativement récemment. Les axes de recherche en physique des analogues et les effets associés incluent notamment la simulation de phénomènes quantiques dans des espace-temps courbes tels que l'émission de Hawking [1,2] , la simulation de l'Univers primordial (mécanisme de Kibble-Zurek [3]) ou de la physique des hautes énergies (effet tunnel de Klein [4]).

Différents systèmes modèles peuvent être utilisés comme analogues. Les fluides quantiques, tels qu'un condensat de Bose-Einstein (BEC), offrent de nombreux avantages pour l'étude des effets physiques mentionnés ci-dessus. Par exemple, le rayonnement de Hawking émis à partir de l'horizon d'un analogue de trou noir a déjà été observé dans des condensats [5]. Une caractéristique essentielle d'un BEC est l'existence d'une fonction d'onde à une particule (le paramètre d'ordre), qui rend possibles l'existence de de défauts topologiques tels que les solitons en 1D[6] et les vortex quantiques en 2D [7]. Ces défauts peuvent être considérés comme des analogues de particules élémentaires. Les fluides quantiques sont soumis à des fluctuations quantiques, particulièrement importantes en dimensions réduites [8]. Ces fluctuations peuvent modifier la métrique effective du fluide, offrant ainsi un premier aperçu des problèmes complexes de la gravité quantique.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet ANR « HAWQ », avec la participation des laboratoires expérimentaux LKB[9] et C2N[10] à Paris. Le projet propose une bourse de thèse théorique à l'Université Clermont Auvergne à partir de 2026. L'objectif est de décrire théoriquement le rayonnement de Hawking et ses propriétés d'intrication dans une configuration 2D en rotation en utilisant des méthodes comme l'approximation tronquée de Wigner [11], d'étudier la superradiance et son interaction avec le rayonnement de Hawking, ainsi que de collaborer avec les groupes expérimentaux en vue d'une confirmation expérimentale des prédictions théoriques.
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Analogue physics is a promising direction in modern Physics, based on the similarities between the mathematical models describing different systems. The idea to use these similarities to study inaccessible systems and regimes in the lab has appeared relatively recently. The directions of research in analogue physics and associated effects include the simulation of quantum phenomena on curved spacetimes such as the Hawking emission [1,2] , early Universe simulations (Kibble-Zurek mechanism [3]), high-energy physics (Klein tunnelling [4]), and others.

Different model systems can be used as analogues. Quantum fluids, such as a Bose-Einstein condensate (BEC), offer numerous advantages for the studies of physical phenomena cited above. For example, Hawking radiation from the horizon of an analog black hole has already been observed in condensates [5]. A feature of a BEC is the existence of a single-particle wavefunction (the order parameter), making possible the topological defects such as solitons in 1D [6] and quantum vortices in 2D [7]. Such defects can be considered as analogues of elementary particles. Quantum fluids are subject to quantum fluctuations, especially important in reduced dimensions [8]. These fluctuations can affect the effective fluid metric, giving a first glance at the complicated problems of quantum gravity.

This thesis takes place in the framework of the ANR project “HAWQ” with the participation of experimental laboratories LKB[9] and C2N[10] in Paris. The project offers a theoretical PhD thesis grant in Université Clermont Auvergne starting in 2026. The goal is to describe theoretically the Hawking radiation and its entanglement properties in a 2D rotating configuration using such methods as the truncated Wigner approximation [11], study the superradiance and its interaction with the Hawking radiation, and collaborate with the experimental groups on experimental confirmation of the theoretical predictions.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Autre financement public

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Université Clermont Auvergne

178 Sciences Fondamentales

Le candidat doit avoir un Master en Physique avec une expérience en modélisation analytique et numérique.
The candidate should possess a Master degree in Physics with experience in analytical and numerical description of physical processes.