Thermodynamique quantique: des fondements aux technologies quantiques

La thermodynamique quantique cherche à décrire les contraintes fondamentales sur les échanges d’énergie entre les systèmes quantiques et leur environnement. Les progrès spectaculaires dans la manipulation de systèmes quantiques permettent désormais d’étudier des machines thermiques quantiques (moteurs, réfrigérateurs…) qui incorporent des propriétés spécifiques au monde quantique (superpositions quantiques, intrication, mesure quantique…). En fournissant le cadre théorique pour étudier ces machines, la thermodynamique quantique prédit dans quelles circonstances ces propriétés constituent de nouvelles resources, capables de fournir des avantages énergétiques, ou au contraire de nouvelles causes d’inefficacité.

Le projet de recherche de Cyril s’appuie sur une nouvelle approche théorique permettant quantifier les resources thermodynamiques présentes dans un système quantique. Ce formalisme décrit chaque système quantique comme une source hybride de travail et de chaleur (voir dessin), ce qui permet d’étudier les performances de machines quantiques autonomes, ou encore les propriété de batteries basées sur des systèmes quantiques.

Dans le contexte des technologies quantiques, l’objectif du projet est d’utiliser ce formalisme pour identifier de nouvelles manières de stocker du travail dans des systèmes quantiques, ainsi que pour mieux comprendre les resources nécessaires à la manipulation des systèmes quantiques et proposer des stratégies pour les optimiser. D’autre part, Cyril souhaite utiliser ces concepts pour analyser les phénomènes propres à la dynamique quantique avec un nouveau point de vue.