Many-body quantum electrodynamics networks: Non-equilibrium condensed matter physics with light

Nous passons en revue des développements récents concernant la dynamique quantique hors équilibre et la physique de la lumière dans des circuits supraconducteurs et analogues de Josephson, par analogie avec les systèmes de physique atomique. Nous commençons par des modèles quantiques d'impuretés reliés à des systèmes dissipatifs et contrôlés. Théoriciens et expérimentateurs accomplissent des efforts en vue de la caractérisation de ces systèmes quantiques hors équilibre. Nous montrons comment les systèmes de jonctions Josephson peuvent servir à implémenter l'équivalent de l'effet Kondo avec des photons micro-onde. L'effet Kondo peut se caractériser par une fréquence lumineuse renormalisée et par un pic dans la transmission élastique Rayleigh d'un photon. Nous nous intéressons aussi à la physique des systèmes hybrides comprenant des dispositifs à points quantiques mésoscopiques couplés à un résonateur électromagnétique. Ensuite, nous discuterons des modèles de réseaux d'électrodynamique quantiques (QED) permettant de concevoir des modèles de réseaux de Jaynes-Cummings et de Rabi, via la présence de qubits supraconducteurs dans les cavités. Ceci ouvre la porte nouvelle physique pour le problème à N-corps dans les systèmes lumineux hors équilibre, en relation avec la transition Mott-superfluide observée avec des atomes ultra-froids dans des réseaux optiques. Nous résumons aussi des prédictions théoriques récentes pour réaliser des phases topologiques avec de la lumière. Des champs de jauge synthétiques et des couplages spin-orbite ont été mis en œuvre avec succès dans les matériaux quantiques et dans les systèmes d'atomes ultra-froids piégés dans des réseaux optiques - en utilisant des perturbations de Floquet périodiques dans le temps - ainsi que dans les systèmes de réseaux photoniques artificiels. Finalement, nous discutons l'effet Josephson lié aux modèles de Bose-Hubbard dans des géométries en échelle ainsi qu'à deux dimensions, produisant de la cohérence de phase et des courants Meissner. Le modèle de Bose-Hubbard est aussi lié au modèle de Jaynes-Cummings sur réseau. En présence de champs de jauge synthétiques, nous montrons que les courants Meissner subsistent dans une phase de Mott isolante.