Influence of Hamiltonian singularities in controlled systems: applications in quantum mechanics and nonlinear optics.

Sur le rôle des singularités hamiltoniennes dans les systèmes contrôlés : applications en mécanique quantique et en optique non-linéaire.

Elie Assemat (1)

1 ICB - Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne

This thesis has two goals: the first one is to improve the control techniques in quantum mechanics, and more specifically in NMR, by using the tools of geometric optimal control. The second one is the study of the influence of Hamiltonian singularities in controlled systems. The chapter about optimal control study three classical problems of NMR : the inversion problem, the influence of the radiation damping term, and the steady state technique. Then, we apply the geometric optimal control to the problem of the population transfert in a three levels quantum system to recover the STIRAP scheme.The two next chapters study Hamiltonian singularities. We show that they allow to control the polarization in different type of optical fibers. Then, we show the existence of generalized hamiltonian monodromy in the vibrational spectrum of the HOCl molecule. Finally, we propose a method to measure dynamically the monodromy in two different nonlinear optics systems : the Bragg model and the three waves mixing model.

Cette thèse possède un double objectif : le premier est l'amélioration des techniques de contrôle en mécanique quantique, et plus particulièrement en RMN, grâce aux techniques du contrôle optimal géométrique. Le second consiste à étudier l'influence des singularités hamiltoniennes dans les systèmes physiques contrôlés. Le chapitre traitant du contrôle optimal étudie trois problèmes classiques en RMN : l'inversion simultanée de deux spins, l'inclusion des termes non-linéaires dans le modèle et la méthode du point fixe. Ensuite, nous appliquons le PMP au problème de transfert de population dans un système quantique à trois niveaux pour retrouver le processus STIRAP. Les deux chapitres suivants étudient les singularités hamiltoniennes. Nous montrons comment l'étude des singularités hamiltoniennes permet de contrôler la polarisation dans différentes fibres optiques. Ensuite, nous montrons l'existence d'une monodromie hamiltonienne généralisée dans le spectre vibrationnel de la molécule HOCl. Enfin, nous donnons une méthode de mesure de la monodromie hamiltonienne dynamique dans deux systèmes classiques en optique non-linéaire : le modèle de Bragg et le mélange à trois ondes.

Mots clés: Contrôle optimal géométrique; contrôle quantique; singularités hamiltoniennes; monodromie hamiltonienne; attraction de polarisation; optique non-linéaire

Domaines: Physique Quantique [quant-ph]; Optique [physics.optics]

Elie Assemat. Sur le rôle des singularités hamiltoniennes dans les systèmes contrôlés : applications en mécanique quantique et en optique non-linéaire.. Physique Quantique [quant-ph]. Université de Bourgogne, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00804765⟩