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16 May 2013
Florent Goutailler, reynal

Physique quantique 1A

Cet enseignement de physique quantique vise à donner un socle de connaissances synthétiques en physique de la matière, y compris dans ses développements les plus récents, permettant d’appréhender des développements technologiques en prise directe, non seulement avec la physique contemporaine, mais aussi avec les métiers des ingénieurs (nano)électroniciens de demain. Il est également un prérequis indispensable à un certain nombre d’enseignements de deuxième année (dont 205, 270, 272, 275). Les développements théoriques sont souvent axés sur la physique du solide. Néanmoins, cet enseignement est voulu ouvert, tant ses implications sont fondamentales dans le domaine de l’optoélectronique, des LASERs, de la microélectronique, des nanotechnologies et des capteurs notamment.

  • Choix d’un fil conducteur parmi quelques applications contemporaines de la physique quantique.
  • Spin et magnétisme ; systèmes de plusieurs particules et produit tensoriel d’états.
  • Quantification de l’énergie atomique, orbitales atomique.
  • Fonction d’onde, dynamique d’une particule quantique et états stationnaires.
  • Postulats ; formulation matricielle de la mécanique quantique et notation de Dirac
  • Perturbations stationnaires ou dépendant du temps, régle d’or de Fermi et application à l’étude des transitions radiatives.

Voici les transparents "allégés" des 2 premiers cours :

  • PDF - 1.3 Mb
    Diapositives de la 1e séance (introduction)
  • PDF - 706.9 kb
    Diapositives des séances 2 & 3

ainsi que le sujet des deux premiers TD :

  • PDF - 459.6 kb
    Enoncé des TD 1 & 2

Archives d’examens

Sont disponibles les sujets de juin 2010, 2011 et 2012 :

PDF - 70.2 kb
Examen 2010

,

PDF - 81 kb
Examen 2011

et

PDF - 86.8 kb
Examen de Juin 2012

.

Sujets de bureau d’étude

Les trois dernières séances de TD sont consacrées à l’étude d’un sujet dit de bureau d’étude. Il s’agit, en lien avec une application récente de la physique quantique (ex : la cryptographie quantique) ou une question fondamentale (ex : le chat de Schrödinger), d’analyser un ou deux articles de recherche. Un sujet rédigé par nos soins vous guide dans cette démarche. Le travail est évalué et donne lieu à un crédit ECTS (l’évaluation s’appuie sur votre activisme en séance, votre assiduité, et sur la qualité de vos résultats).

Quelque soit votre sujet, je vous invite à lire cet article issu du magazine Pour La Science avant toute chose.

Les sujets 2013 et les documents associés, classés en 3 groupes, par ordre de difficulté croissante :

  • groupe 1
    • La cryptographie quantique : sujet uniquement (et article général issu de Pour La Science, cf plus haut)
    • La téléportation quantique : sujet et articles 1, 2 et 3
    • Les horloges atomiques et le MASER : sujet et articles 1 et 2, et deux articles sous forme papier à demander.
    • L’imagerie par résonance magnétique : sujet et article 1
  • groupe 2
    • Le paradoxe EPR : sujet et articles 1 et 2
    • Les quantum-dots : sujet et articles 1, 2 et 3
    • L’ordinateur quantique et l’algorithme quantique de Transformée de Fourier Quantique (QFT) utilisé pour craquer les systèmes de cryptage : sujet
    • Les LASERs moléculaires : sujet
  • groupe 3
    • Le chat de Schrödinger : sujet et articles 1, 2 et 3
    • Les nanotubes de carbone : sujet et articles 1 et 2
    • Les détecteurs de particules au CERN : sujet et articles sous forme papier (à demander)
    • Une belle question fondamentale ... Pourquoi la nature compte-t-elle modulo 4 PI ? (et non modulo 2 PI !) sujet et articles 1 , 2 et 3

Liens vers quelques animations sur le web

  1. Une très belle applet java interactive illustrant le mouvement d’une particule quantique dans un champ de force (vous pourrez choisir entre le puit de potentiel, la barrière de potentiel, ou l’oscillateur harmonique). Java doit être installé sur votre système (c’est généralement le cas par défaut sous Windows et Mac).
  2. Une très belle application illustrant le fonctionnement du LASER. A essayer absolument !

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