La formation par la recherche

Intitulé de sa thèse : Théorie à basse énergie des supraconducteurs fortement désordonnés

Problématique et enjeux scientifiques

La supraconductivité dans les systèmes à fort désordre (SDSC) présente des écarts notables par rapport aux prédictions de la théorie semi-classique conventionnelle (BCS). Alors que la théorie standard prévoit une suppression exponentielle des dépendances thermiques par le facteur de Boltzmann, les SDSC affichent des comportements anormaux, notamment une croissance en loi de puissance de l'inductance cinétique (L_K) avec la température et des pertes d'énergie inattendues à basse température. Ces phénomènes limitent la cohérence des dispositifs quantiques actuels, tels que les qubits et les résonateurs micro-ondes. La thèse d’Anton vise à établir un cadre théorique analytique pour élucider l'origine de ces anomalies.

Avancées théoriques : des paires de Cooper localisées

Les travaux de recherche d’Anton identifient un nouveau type d'excitations collectives localisées, résultant du saut ("hopping") local des paires de Cooper entre des régions proches où la supraconductivité est localement affaiblie par le désordre.

• Modélisation du désordre : l'étude démontre que la densité spectrale de ces excitations est intimement liée à la distribution statistique non triviale des inhomogénéités spatiales.
• Explication de l'inductance : ce mécanisme explique la croissance thermique de L_K, réconciliant les observations expérimentales avec une description microscopique de la réponse électromagnétique.

Mécanismes de dissipation et optimisation quantique

Un apport majeur de la thèse d’Anton réside dans la compréhension approfondie des mécanismes de dissipation au sein des SDSC. L'étude démontre que les excitations localisées se comportent structurellement comme des systèmes à deux niveaux (TLS), un phénomène dû au moment dipolaire formé par la charge des paires de Cooper et l'étendue spatiale de leur saut. Cette modélisation permet d'expliquer la dépendance inhabituelle de la dissipation thermique observée dans ces systèmes. Par ailleurs, la théorie prédit qu'une réduction de la fréquence entraîne une diminution abrupte de la dissipation, offrant ainsi une voie directe pour doubler, à minima, le temps de cohérence des dispositifs quantiques basés sur les SDSC.

Conclusion et perspectives

La thèse d’Anton apporte des avancées significatives tant sur le plan fondamental, en clarifiant l'interaction entre désordre fort et supraconductivité, que sur le plan pratique. Ses résultats fournissent des lignes directrices concrètes pour la conception de détecteurs de photons et de qubits plus performants, essentiels au développement des technologies de calcul quantique de nouvelle génération.

Mots clés : supraconducteurs désordonnés, modes collectifs, résonateurs supraconducteurs