Prix de thèse 2024

Comment empiler un nombre infini d’oranges pour maximiser la proportion de l’espace couvert ? Kepler a conjecturé que l’empilement des «balles de canon» est optimal. 400 ans se sont écoulés avant que cette conjecture soit démontrée par Hales et Ferguson dont la preuve comporte 6 papiers et des dizaines de milliers de lignes de code informatique. Comment arranger un nombre infini de pièces de monnaie de 3 rayons différents sur une table infinie pour maximiser la proportion de la surface couverte ? Un arrangement de disques est dit triangulé si chacun de ses «trous» est borné par trois disques tangents. Connelly a conjecturé que si de tels arrangements existent, l’un d’eux maximise la proportion de la surface couverte; cela est vrai pour les arrangement unaires et binaires. Dans cette thèse, nous étudions diverses techniques utilisées dans la preuve de la conjecture de Kepler ainsi que dans d’autres résultats importants de le domaine des arrangements de disques et de sphères, tels que la redistribution de la densité locale basée sur la recherche par l’ordinateur et l’arithmétique d’intervalles. Cela nous permet de prouver l’assertion de la conjecture de Connelly pour 31 triplets de rayons de disques triangulés et de la réfuter pour 45 autres triplets. En outre, nous obtenons des bornes précises sur la densité locale des cellules simpliciales dans les empilements à 2 sphères.

Cette thèse présente notre implémentation d’un simulateur quantique (SQ) pour le modèle de Fermi-Hubbard avec des atomes de strontium 87. Le 87Sr de grand spin nucléaire I=9/2 bénéficie d’une raie d’intercombinaison étroite de 7.4 kHz jouant un rôle central dans cette thèse. Elle offre un cadre idéal pour manipuler les 10 états de spin nucléaires par couplage spin-orbite (CSO) avec une émission spontanée minimale. D’abord, nous démontrons une méthode pour mesurer des densités locales non résolues par notre système d’imagerie. Nous surpassons les limites dues aux abbérations et variations rapides du profile de densité, par une correction non-linéaire établie à partir de la loi de Beer-Lambert. Nous déduisons des tailles jusqu’à 1/4 pixel. Ensuite, nous préparons des mers de Fermi de 87Sr polarisées à T/TF=0.25 en utilisant une purification de spin par pompage optique. Les populations de spin sont mesurées par des transferts d’impulsion sélectifs en spin grâce au CSO. Nous démontrons de plus une méthode pour retourner les spins de manière cohérente et sélective. La dégénéréscence de l’état fondamental est levée par un déplacement lumineux quadratique. Par passage Raman adiabatique, les spins sont retournés avec une efficacité de 80% qui sera améliorée à 95%. Conçu comme un réseau optique, cette méthode pemettra l’écriture deterministe d’une texture de spin qui sera l’état initial du SQ. Enfin, nous étudions le chargement d’un gaz de Fermi dans la bande fondamentale d’un réseau 1D de grande période 2μm. Nous montrons l’importance de maintenir un taux de collision suffisant pour suivre le cross-over de géométrie de 3D à 2D, et nous produisons simultanément 4 mers de Fermi 2D.