Prix Gilbert Hausmann - 2025 - Nick Sauerwein

Pour ses contributions au développement du microscope à cavité, qui combine de manière innovante l'optique à grande ouverture et l'électrodynamique quantique en cavité, et pour l’utilisation de cet outil dans des expériences de simulation quantique utilisant des atomes froids.

Cette thèse présente une plateforme expérimentale combinant des atomes froids fermioniques avec des interactions lumière-matière contrôlables localement, grâce à la cavité-microscope. Ce dispositif associe une cavité de grande finesse et un microscope à grande ouverture numérique, permettant de fortes interactions photon-atomes et une ingénierie spatiale précise. Nous détaillons la conception et fabrication de la cavité-microscope, incluant sa plateforme d’amortissement des vibrations et les avancées de notre modèle de nouvelle génération. L'hamiltonien de notre système est décrit, mettant en avant les techniques de mesure pour l'analyse en temps réel des propriétés du nuage atomique, comme le nombre d'atomes et la température, via le déplacement dispersif de la cavité. La cavité-microscope permet de manipuler les interactions lumière-matière, en déduisant le profil de densité 3D du nuage d'atomes par des techniques de sonde à balayage. Le contrôle est obtenu par ingénierie de Floquet et de front d'onde, avec correction des aberrations optiques par un modulateur spatial. Nous réalisons un système de spin désordonné en interaction totale, explorant la compétition interaction-désordre et la rupture induite par le désordre du couplage collectif. Enfin, nous examinons les conditions pour contrôler les interactions tout-à-tout de haut rang, essentielles pour des simulations quantiques précises via le modèle Sachdev–Ye–Kitaev.