Transport quantique et interaction lumière-matière dans des systèmes moléculaires complexes

Quantum transport and light-matter interaction in complex molecular systems

• Auteur / Autrice : Lucie Pêpe
• Direction : Vincent Robert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 03/10/2025
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie (Strasbourg ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Roberto Marquardt
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Christophe Tremblay, Saad Yalouz, Benjamin Lasorne, Vincent Pouthier, Etienne Gindensperger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Morgane Vacher
• DOI : 10.70675/bff755a0z34c7z4304za1f2zf894f3c5d731

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transport quantique

Topologie

Hybridation

Électrodynamique quantique en cavité

Simulation numérique directe

Fermions

Mots clés libres

Transport quantique

Topologie

Déphasage

Défauts énergétiques

Hybridation

Cavité quantique

Simulation numérique

Systèmes fermion-boson

Quantum transport

Topology

Dephasing

Energetic defects

Hybridization

Cavity QED

Numerical simulation

Fermion-boson systems

Résumé

Cette thèse examine les mécanismes permettant de favoriser le transport quantique d’énergie et d’information dans des environnements complexes, en combinant modélisation théorique et développement numérique. Le transport est décrit à partir des marches quantiques continues, sur des réseaux où localisation et cohérence jouent un rôle central.L’étude montre comment la topologie, les défauts énergétiques et l’environnement déphasant modulent l’efficacité de propagation, en particulier sur des structures comme les graphes en étoile ou les chaînes asymétriques. L’introduction de défauts résonants ou de branches latérales permet d’activer des canaux de transfert sélectifs et rapides. L’analyse est étendue à des architectures complexes (arbres collés, chaînes à relais de défauts énergétiques), où les effets d’hybridation spectrale favorisent la transmission cohérente. Un environnement numérique dédié, QuantNBody, est enfin développé pour simuler ces dynamiques dans des systèmes hybrides fermion–boson, en lien avec la chimie polaritonique et la cavité QED.

This thesis investigates the mechanisms that enhance quantum transport of energy andinformation in complex environments, combining theoretical modeling with numericaldevelopment. Transport dynamics are described using continuous-time quantum walks onnetworks where coherence and localization play a central role. The study reveals howtopology, energetic defects, and environmental dephasing modulate propagation efficiency,particularly in structures such as star graphs and asymmetric chains. The introduction ofresonant defects or lateral branches enables the activation of selective and rapid transferchannels. The analysis is extended to more intricate architectures, such as glued trees anddefect-mediated relay chains, where spectral hybridization effects promote coherenttransmission. A dedicated numerical framework, QuantNBody, is developed to simulatethese dynamics in hybrid fermion–boson systems, with applications in polaritonic chemistryand cavity QED.