Physique De La Matière Condensée

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2024-2025Colloque : Recent Advances and Applications of Diagrammatic Monte Carlo for FermionsKris van Houcke : Summing Feynman Diagrams for Cold Atomic Fermi GasesKris van HouckeLaboratoire de Physique de l'ENSRésuméDiagrammatic Monte Carlo (DiagMC) is a versatile numerical technique capable of solving strongly correlated fermion systems in a controlled and accurate way. The core idea behind the technique is to sum all connected Feynman diagrams in a systematic way up to high order. In this talk, I will present some key results that have been obtained for the BEC-BCS crossover and the attractive Hubbard model. These results are directly relevant to experiments on ultra-cold fermionic atoms.In particular, I will discuss the unitary Fermi gas, a model of spin-1/2 fermions in three-dimensional continuous space and a prototypical example of a strongly correlated fermionic system. Despite the fact that the diagrammatic series has a vanishing radius of convergenc

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2024-2025Colloque : Recent Advances and Applications of Diagrammatic Monte Carlo for FermionsOlivier Parcollet : Learning Feynman Diagrams with Tensor TrainsOlivier ParcolletFlatiron InstituteRésuméThe real-time dynamics of interacting quantum systems remains a major challenge in computational quantum physics. Surprisingly, high-order perturbative expansions have recently emerged as a promising approach to address this question, even in strong coupling regimes and out-of-equilibrium situations. I will present the cornerstone of these approaches: parsimonious representations of diagrammatic expansions made of tensor networks and revealed by a new generation of algorithms. Finally, I will discuss applications to mesoscopic systems, along with the future perspectives and challenges in this field.

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2024-2025Colloque : Recent Advances and Applications of Diagrammatic Monte Carlo for FermionsMichel Ferrero : Origin and Fate of the Pseudogap in the Doped Hubbard Model: A Diagrammatic Monte Carlo StudyMichel FerreroÉcole Polytechnique, CPHT, Collège de FranceRésuméIn this seminar, I will introduce the diagrammatic Monte Carlo method and discuss its application to the two-dimensional Hubbard model at finite temperature. The results obtained through this approach are controlled and, importantly, address the infinite-size limit of the model, thus yielding physical quantities with arbitrary momentum resolution. This enables a detailed investigation of the impact of electronic correlations on the spectral properties, with a particular focus on the Fermi surface topology and the pseudogap regime. We demonstrate the selective suppression of quasiparticle excitations near the antinodal regions due to the development of magnetic correlations, observed both in the

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2024-2025Colloque : Recent Advances and Applications of Diagrammatic Monte Carlo for FermionsThomas Schäfer : Bridging the Gap of Multi-Method, Multi-Messenger Studies from Known to Unknown FluctuationsThomas SchäferMax Planck Institute for Solid State Research, StuttgartRésuméThe strong mutual repulsion of electrons is responsible for some of the most interesting phenomena in contemporary condensed matter physics, where examples range from unconventional high-temperature superconductivity, over quantum criticality to Mott metal-to-insulator transitions. Despite the intense research on the quantum many-body problem over the last decades, many of its aspects have not yet been fully understood. Recent progress, however, has been achieved by the application of so-called multi-method, multi-messenger studies of the most fundamental model for electronic correlations, the Hubbard model [1,2].In the first part of the talk, I will present such a study of the half-f

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2024-2025Fermions froids et simulation quantiqueSéminaire - Corinna Kollathh : Controlling the Cold Atomic Gases via the Coupling to a Dissipative CavityCorinna KollathUniversité de BonnRésuméQuantum gases in optical cavities have shown many exciting phenomena as the self-organization into superradiant phases. Additionally many complex phases have been predicted to be realizable in these systems reaching from topologically interesting phases to glass like phases. The theoretical treatment of these systems is very difficult due to the presence of the long range coupling of the cavity to the atoms and fluctuations need to be critically taken into account. We investigate bosonic and fermionic atoms on a lattice and coupled to an optical cavity using many-body adiabatic elimination technique to capture the global coupling to the cavity mode and the open nature of the cavity. We discover the self-organization of approximate symmetries and find a new type of bist

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2024-2025Réseaux de neurones, apprentissage et physique quantique05 - Fermions froids et simulation quantiqueIl y a une vingtaine d'années naissait un nouveau domaine de recherche aux frontières de l'optique quantique et de la physique de la matière condensée : l'étude de gaz atomiques de fermions froids piégés dans un réseau optique, ouvrant la voie à la « simulation analogique » de systèmes de nombreuses particules quantiques en interaction. Où en est-on aujourd'hui ? Ces dispositifs expérimentaux ont-ils permis d'atteindre les régimes où peuvent être observés des phénomènes collectifs émergents comme le magnétisme ou la supraconductivité ? Comment les performances de la simulation quantique réalisée dans ce contexte se comparent-elles à celles des algorithmes de simulation classique, qui ont eux aussi considérablement progressé ? C'est à ces questions que le cours de cette année, tout en présentant une introduction au domaine, tentera de répondre.

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2024-2025Fermions froids et simulation quantiqueSéminaire - Immanuel Bloch : Quantum Simulation and Quantum Computing with FermionsImmanuel BlochMax Planck Institute et LMU, MunichRésuméQuantum simulation has emerged as an interdisciplinary research field that enables microscopic access to quantum matter, both in and out of equilibrium, across various physical platforms. As an example, we analyze the emergence of the pseudogap phase in the fermionic Hubbard model. We identify a universal behavior of magnetic correlations upon entering the pseudogap phase, observed in both spin-spin and higher-order spin-charge correlations.In addition to analog approaches, gate-based fermionic quantum computing offers distinct advantages for quantum simulations. We demonstrate the elementary operations required to manipulate orbital degrees of freedom, which form the basis of a fermionic quantum computer. We show high-fidelity gate operations and the generation of long-live

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2024-2025Réseaux de neurones, apprentissage et physique quantique04 - Fermions froids et simulation quantiqueIl y a une vingtaine d'années naissait un nouveau domaine de recherche aux frontières de l'optique quantique et de la physique de la matière condensée : l'étude de gaz atomiques de fermions froids piégés dans un réseau optique, ouvrant la voie à la « simulation analogique » de systèmes de nombreuses particules quantiques en interaction. Où en est-on aujourd'hui ? Ces dispositifs expérimentaux ont-ils permis d'atteindre les régimes où peuvent être observés des phénomènes collectifs émergents comme le magnétisme ou la supraconductivité ? Comment les performances de la simulation quantique réalisée dans ce contexte se comparent-elles à celles des algorithmes de simulation classique, qui ont eux aussi considérablement progressé ? C'est à ces questions que le cours de cette année, tout en présentant une introduction au domaine, tentera de répondre.

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2024-2025Fermions froids et simulation quantiqueSéminaire - Shiwei Zhang : Ushering a New Era of Synergy Between Computational Quantum Physics and Cold Atoms ExperimentShiwei ZhangFlatiron Institute, New YorkRésuméComputational quantum physics has recently seen a dramatic increase in its capabilities, precision, and predictive power. The advances have been driven by method and code development, benchmark, and collaboration. Together with exciting recent progress in cold atoms on the experimental front, we are presented with unique opportunities for a new level of synergy to address a variety of long-standing questions in quantum matter. I will describe some of the computational developments from the perspective of auxiliary-field quantum Monte Carlo methods, and then illustrate the potential for computation-experiment synergy with several examples, including the BCS-BEC crossover in the Fermi gas, and the physics of the Hubbard model - both in the usual con

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2024-2025Fermions froids et simulation quantiqueSéminaire - Tarik Yefsah : Quantum Gas Microscopy of Fermions in the ContinuumTarik YefsahÉcole normale supérieure (ENS) - LKB, ParisRésuméQuantum gas microscopy is a powerful tool that allows probing dilute quantum matter with single-atom resolution. While this technique was initially developed for the study of lattice and spin chain physics, prominently to explore the Hubbard model and its generalizations, our group has recently introduced its use for continuum systems. In this talk, I will present our recent work on strongly-interacting Fermi gases, and how we can characterize them at previously inaccessible levels of resolution, obtaining direct access to their spatial density and spin correlations up to high order.

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2024-2025Réseaux de neurones, apprentissage et physique quantique03 - Fermions froids et simulation quantiqueIl y a une vingtaine d'années naissait un nouveau domaine de recherche aux frontières de l'optique quantique et de la physique de la matière condensée : l'étude de gaz atomiques de fermions froids piégés dans un réseau optique, ouvrant la voie à la « simulation analogique » de systèmes de nombreuses particules quantiques en interaction. Où en est-on aujourd'hui ? Ces dispositifs expérimentaux ont-ils permis d'atteindre les régimes où peuvent être observés des phénomènes collectifs émergents comme le magnétisme ou la supraconductivité ? Comment les performances de la simulation quantique réalisée dans ce contexte se comparent-elles à celles des algorithmes de simulation classique, qui ont eux aussi considérablement progressé ? C'est à ces questions que le cours de cette année, tout en présentant une introduction au domaine, tentera de répondre.

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2024-2025Fermions froids et simulation quantiqueSéminaire - Jean-Philippe Brantut ; Ultra-Cold Fermi Gases with All-to-All InteractionsJean-Philippe BrantutEPFL, LausanneRésuméIn this talk, I will describe experiments where an ultracold Fermi gas is strongly coupled to light in optical resonators. In such a system, virtual photon exchanges between atoms yield a long-range, all-to-all interaction leading to a number of emergent phenomena. I will describe how it induces charge-density wave ordering, and the observation of this transition in real time and with high spatial resolution. I will also discuss extensions of this physics to photon-pair interactions in a superfluid, and show first evidences for pair-density wave ordering in this case. II will then outline the perspectives open by the convergence of cavity QED with complex quantum matter, in particular the possibility of programming cavity-mediated interactions, and the application of these ideas to qu

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2024-2025Réseaux de neurones, apprentissage et physique quantique02 - Fermions froids et simulation quantiqueIl y a une vingtaine d'années naissait un nouveau domaine de recherche aux frontières de l'optique quantique et de la physique de la matière condensée : l'étude de gaz atomiques de fermions froids piégés dans un réseau optique, ouvrant la voie à la « simulation analogique » de systèmes de nombreuses particules quantiques en interaction. Où en est-on aujourd'hui ? Ces dispositifs expérimentaux ont-ils permis d'atteindre les régimes où peuvent être observés des phénomènes collectifs émergents comme le magnétisme ou la supraconductivité ? Comment les performances de la simulation quantique réalisée dans ce contexte se comparent-elles à celles des algorithmes de simulation classique, qui ont eux aussi considérablement progressé ? C'est à ces questions que le cours de cette année, tout en présentant une introduction au domaine, tentera de répondre.

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2024-2025Fermions froids et simulation quantiqueSéminaire - Tilman Esslinger ; Quantum Gates with Cold Fermions in Topological PumpsTilman EsslingerETH ZürichRésuméControlled movement of particles and quantum states is essential for advances in quantum simulation, computation and sensing, as it provides a means to prepare initial states and entangled states of high connectivity. We have used the highly controlled experimental platform of fermionic atoms in optical lattices to study Thouless pumping over long distances and in strongly interacting regimes. We showed how strong interactions shift topological boundaries in a Thouless pump and how entangled singlet pairs can be reversibly split over more than a dozen lattice sites. I will furthermore discuss quantum gates integrated into the topological pumping process. Using cold atoms as quantum simulators of devices, we studied the directed transport of atoms between two connected traps acting as reservoirs.

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2024-2025Réseaux de neurones, apprentissage et physique quantique01 - Fermions froids et simulation quantiqueIl y a une vingtaine d'années naissait un nouveau domaine de recherche aux frontières de l'optique quantique et de la physique de la matière condensée : l'étude de gaz atomiques de fermions froids piégés dans un réseau optique, ouvrant la voie à la « simulation analogique » de systèmes de nombreuses particules quantiques en interaction. Où en est-on aujourd'hui ? Ces dispositifs expérimentaux ont-ils permis d'atteindre les régimes où peuvent être observés des phénomènes collectifs émergents comme le magnétisme ou la supraconductivité ? Comment les performances de la simulation quantique réalisée dans ce contexte se comparent-elles à celles des algorithmes de simulation classique, qui ont eux aussi considérablement progressé ? C'est à ces questions que le cours de cette année, tout en présentant une introduction au domaine, tentera de répondre.

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2022-2023Réseaux de neurones, apprentissage et physique quantiqueSéminaire : Ambroise van Roekeghem - Machine Learning Force Fields for Materials ScienceIntervenant(s) :Ambroise van Roekeghem, CEA-LITEN, Grenoble

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2022-2023Réseaux de neurones, apprentissage et physique quantique06 - Réseaux de neurones, apprentissage et physique quantique : Réseaux de neurones, apprentissage et fonctionnelle de densité : applications à la structure électronique

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2022-2023Réseaux de neurones, apprentissage et physique quantiqueSéminaire : Giulio Biroli - Renormalization Group Theory and Machine LearningIntervenant(s) :Giulio Biroli, ENS, Paris

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2022-2023Réseaux de neurones, apprentissage et physique quantique05 - Réseaux de neurones, apprentissage et physique quantique : Représentations des états quantiques fermioniques par réseaux de neurones (2)

Antoine GeorgesPhysique de la matière condenséeAnnée 2022-2023Réseaux de neurones, apprentissage et physique quantiqueSéminaire : Juan Carrasquilla - Quantum States with Neural Networks: Representations and TomographyIntervenant(s) :Juan Carrasquilla, Vector Institute, Toronto