The potential impact of quantum computing has stimulated a worldwide effort to develop the necessary experimental and theoretical resources. In the race for the quantum computer, several candidate systems have emerged, but the ultimate system is still unclear. We study theoretically how to realize atomic Fock states both for fermionic and bosonic atoms, mainly in one-dimensional optical traps. We demonstrate a new approach of quantum computing based on ultracold fermionic atomic Fock states in optical traps. With the Pauli exclusion principle, producing fermionic atomic Fock states in optical traps is straightforward. We find that laser culling of fermionic atoms in optical traps can produce a scalable number of ultra-high fidelity qubits. We show how each qubit can be independently prepared, and how to perform the required entanglement operations and detect the qubit states with spatially resolved, single-atom detection with adiabatic trap-splitting and fluorescence imaging. On the other hand, bosonic atoms have a strong tendency to stay together. One must rely on strong repulsive interactions to produce bosonic atomic Fock states. To simulate the physical conditions of producing Fock states with ultracold bosonic atoms, we study a many-boson system with arbitrary interaction strength using the Bethe ansatz method. This approach provides a general framework, enabling the study of Fock state production over a wide range of realistic experimental parameters. / text

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Nesta tese usamos o conceito de propagador quântico quadridimensional representado nas coordenadas da frente de luz para definir a função de Green no tempo x+(= t+z). Calculamos a correção perturbativa à função de Green de dois corpos na frente de luz considerando os diagramas "escada"e "escada-cruzado". Construímos um conjunto hierárquico de equações acopladas para a função de Green de dois corpos na frente de luz, que é fisicamente equivalente à equação de Bethe-Salpeter quadridimensional. Aplicamos este formalismo para analisar sistemas de dois bósons e de dois férmions. Mostramos que a corrente eletromagnética de um sistema composto por dois bósons carregados, tem uma estrutura de muitos corpos mesmo na aproximação de impulso, quando descrita com o tempo x+. Em termos da componente de dois corpos do sistema ligado, a corrente contém operadores de dois corpos. Discutimos o processo de criação de par pelo fóton no referencial de Drell-Yan, e interpretamos isto como uma contribuição do modo zero para a corrente. Construímos um conjunto de equações hierárquicas acopladas para a função de Green de dois férmions no modelo de Yakawa na frente de luz, que é equivalente ao propagador de dois férmions na aproximação "escada". Demonstramos que a expansão sistemática do kernal da equação de Bethe-Salpeter na frente de luz elimina naturalmente as divergências nas integrais nos momentos transversos. A renormalização da equação de Bethe-Salpeter na frente de luz e na aproximação "escada" segue da expansão sistemática do seu kernel derivada das equações hierárquicas para as funções de Green.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre général de la théorie des systèmes intégrables avec bords et le développement des structures algébriques associées. D'une part, nous nous attaquons au problème de la diagonalisation de l'hamiltonien du modèle XXZ avec bords non diagonaux. Nous exhibons les deux ensembles d'états propres et valeurs propres du modèle si les paramètres de bords satisfont deux conditions. D'autre part, nous introduisons un modèle de physique statistique que nous appelons le modèle face avec un bord réfléchissant. Nous calculons exactement sa fonction de partition et nous montrons que cette dernière se représente simplement sous la forme d'un unique déterminant matriciel. Nous montrons que ces deux problèmes sont reliés par la transformation vertex-face et exhibent une structure algébrique commune, l'algèbre de réflexion dynamique. Nous nous intéressons aux aspects mathématiques de cette algèbre dans le cas elliptique général, et nous introduisons deux classes de ces représentations, la représentation de co-module d'évaluation et sa duale. Nous pensons que cette algèbre est la structure clef pour l'analyse des modèles faces avec bords. En particulier, nous montrons à l'aide de twists de Drinfel'd que leur fonction de partition se représente simplement dans le cas général.

Dans cette thèse, nous discuterons des systèmes intégrables quantiques et des chaînes de spins. Nous présenterons la notion d'intégrabilité quantique ainsi que des structures mathématiques, les groupes quantiques, reliées à cette dernière. Cela nous permettra d'introduire les chaînes de spins " universelles " étudiées par le groupe d'Annecy depuis plusieurs années. Ces chaînes " universelles " ont la particularité d'englober l'ensemble des chaînes de spins préalablement étudiées dans la littérature. La question posée pour cette thèse était d'utiliser l'ansatz de Bethe algébrique pour déterminer les valeurs propres et les vecteurs propres de ces chaînes de spins " universelles ". Nous discuterons donc cette méthode pour les chaînes de spins périodiques et avec bords. Cette étude mettra en évidence les limites de l'ansatz de Bethe algébrique pour certaines chaînes avec bords et nous présenterons un nouveau cadre mathématique qui permettrait d'obtenir le spectre dans ces cas. Nous discuterons aussi le problème du produit scalaire des vecteurs propres obtenus grâce à l'ansatz de Bethe algébrique.

Cette thèse est consacrée à l'étude du modèle de Hubbard unidimensionnel et à ses généralisa- tions. Le modèle de Hubbard est un modèle fondamental de la physique de la matière condensée, décrivant des électrons en interaction sur un réseau. Il a une très riche structure physique. Malgré la simplicité de sa construction, le modèle a été appliqué dans différents problèmes comme la supra- conductivité à haute température, le magnétisme et la transition métal-isolant. A une dimension, le modèle de Hubbard est un modèle intégrable très étudié qui a servi de 'laboratoire' pour la physique de la matière condensée. Récemment, les systèmes intégrables quantiques d'une facon générale, et le modèle de Hubbard en particulier, sont apparus d'une manière surprenante dans le contexte de la correspondance AdS/CFT. Le point de contact entre ces domaines est les équations de Bethe : celles de nouveaux modèles intégrables et de modèles existants généralisés sont à priori significatifs dans l'application en dualité AdS/CFT. Dans la premiere partie de la thèse, les notions de base sur l'intégrabilité quantique sont présen- tées : formalisme de la matrice R, équation de Yang-Baxter, chaînes de spin intégrables. Dans la deuxième partie, certaines résultats fondamentaux concernant le modèle de Hubbard sont passés en revue : la solution par l'Ansatz de Bethe coordonnée, les solutions réelles des équations de Lieb-Wu etc. De plus, l'application dans la correspondance AdS/CFT est considérée. Cependant, on trouve que certaines modifications du modèle de Hubbard sont nécessaires pour reproduire les résultats de cette correspondance. Cela est une des motivations principales d'étude de modèles de Hubbard généralisés. La quatrième partie est consacrée aux généralisations du modèle de Hubbard, en se con- centrant sur les cas supersymétriques. La chapitre cinq expose les résultats obtenus dans le cadre de cette thèse sur les modèles de Hubbard généralisés, en particulier, l'Ansatz de Bethe coordonnée ainsi que les solutions réelles des équations de Bethe obtenues dans la limite thermodynamique. Les équations de Bethe obtenues sont différentes de celle de Lieb et Wu par des phases dont la manifesta- tion est un signe encourageant pour l'application en AdS/CFT contexte. Les applications possibles, notamment dans le domaine de la physique de la matière condensée, sont également considérées.

<p>This thesis is divided into two parts. In the first part we focus mainly on certain aspects of the AdS/CFT correspondence. The AdS/CFT correspondence is a proposed duality between Type IIB superstring theory on AdS₅ xS⁵ and N = 4 supersymmetric Yang-Mills theory. In the BMN limit string states located in the center of AdS₅ rotate quickly around the equator of the S⁵ and correspond, in the dual theory, to operators constructed as long chains of sub-operators. This structure of the operators can be formulated as a spin chain and by using the Bethe ansatz their properties can be obtained by solving a set of Bethe equations. Having infinitely many sub-operators, there are methods for solving the Bethe equations in certain sectors. In paper III finite size corrections to the anomalous dimensions in the SU(2) sector are calculated to leading order.</p><p>Inspired by the chain structure of the corresponding operators, the theory of string bits treats the strings as a discrete sets of points. This theory suffers from the problem of fermion doubling, a general pathology of fermions on a lattice. In paper II we show how to adjust the theory in order to avoid this problem and, in fact, use the fermion doubling to our advantage. The second part of the thesis studies the low energy behaviour of SU(2) Yang-Mills theory in 4 space-time dimensions. In paper I we perform numerical calculations on an effective action for this theory. We propose the existence of a knotted trajectory within the dynamics of this effective action.</p>

This thesis is divided into two parts. In the first part we focus mainly on certain aspects of the AdS/CFT correspondence. The AdS/CFT correspondence is a proposed duality between Type IIB superstring theory on AdS5 x S5 and N = 4 supersymmetric Yang-Mills theory. In the BMN limit string states located in the center of AdS5 rotate quickly around the equator of the S5 and correspond, in the dual theory, to operators constructed as long chains of sub-operators. This structure of the operators can be formulated as a spin chain and by using the Bethe ansatz their properties can be obtained by solving a set of Bethe equations. Having infinitely many sub-operators, there are methods for solving the Bethe equations in certain sectors. In paper III finite size corrections to the anomalous dimensions in the SU(2) sector are calculated to leading order. Inspired by the chain structure of the corresponding operators, the theory of string bits treats the strings as a discrete sets of points. This theory suffers from the problem of fermion doubling, a general pathology of fermions on a lattice. In paper II we show how to adjust the theory in order to avoid this problem and, in fact, use the fermion doubling to our advantage. The second part of the thesis studies the low energy behaviour of SU(2) Yang-Mills theory in 4 space-time dimensions. In paper I we perform numerical calculations on an effective action for this theory. We propose the existence of a knotted trajectory within the dynamics of this effective action.

Dans ce mémoire d'habilitation je présente mes travaux recents sur les chaînes de spin quantiques. Les chaînes de spin constituent l'exemple le plus fondamental de modèles intégrables quantiques. Ces modèles ont plusieurs applications directes en théorie de la matière condensée, en physique statistique, en optique quantique, en théorie des champs et même en théorie des cordes mais ils sont aussi très importants car ils donnent une possibilité unique de traiter de manière exacte des phénomènes non perturbatifs inaccessibles par les autres moyens. Dans ce cadre le problème central de la théorie moderne des systèmes intégrables concerne le calcul explicite des fonctions de corrélation et des facteurs de forme et leur analyse asymptotique.<br /><br />La méthode présentée dans ce mémoire est basée sur l'ansatz de Bethe algébrique. Je montre comment cette méthode peut être utilisée pour le calcul des fonctions de corrélation à température nulle de la chaîne de spin 1/2 de Heisenberg. Le point principal de cette approche est la solution du problème inverse quantique obtenue pour la chaîne de spin 1/2 XXZ. Cette solution ainsi qu'une formule simple pour les produits scalaires des états de Bethe nous a permit d'obtenir les fonctions de corrélation les plus fondamentales ("les blocs élémentaires") sous forme d'intégrales multiples. <br /><br />Ces représentations sous forme d'intégrales multiples permettent de faire un analyse asymptotique pour quelques quantités physiques (probabilité de formation du vide) et même, dans certains cas particuliers, de les calculer d'une manière exacte.<br /><br />Il est possible d'obtenir à partir de ces représentations des résultats pour les fonctions à deux points, c'est à dire les fonctions de corrélation les plus importantes pour les applications. Un lien est établi entre ces intégrales multiples et les sommes de facteurs de forme. Ce résultat est généralisé aux fonctions de corrélation dynamiques.<br /> <br />Je présente aussi dans ce mémoire les généralisations de<br />cette méthode aux chaînes de spin supérieur à 1/2 et aux chaînes de spin à bords ouverts.

Depuis le début du fonctionnement de HERA, la mesure de la luminosité est réalisée en détectant les photons de bremsstrahlung émis par les électrons dans la région d'interaction. En raison des nouvelles conditions de fonctionnement, un nouveau détecteur de photons pour le système de luminosité de H1 a été développé et installé dans le tunnel à 104 mètres du point d'interaction. L'objet de cette thèse est d'analyser les données enregistrées par le détecteur de photons et d'étudier les variations de la luminosité dans H1 au cours des prises de données. Les méthodes de calcul de l'échelle d'énergie et de l'acceptance présentées dans cette thèse permettent de déterminer ces grandeurs toutes les quatre minutes avec une précision de l'ordre de 0,5 pour mille pour l'échelle d'énergie et de l'ordre de 2 pour mille pour l'acceptance. La position et la largeur du faisceau sont également mesurées toutes les quatre minutes avec une précision de l'ordre de 0,01 mm pour la position et de l'ordre de 0,05 mm pour la largeur. Ces résultats permettent de calculer la luminosité instantanée toutes les quatre minutes avec une erreur de l'ordre de 6,5 à 9,5 pour mille. Ces résultats sont en cours de validation pour devenir la méthode standard dans H1.<br /><br />J'ai également étudié les événements Compton élastique. La diffusion Compton élastique est utilisée pour une mesure complémentaire de la luminosité car sa section efficace est connue avec une bonne précision et la signature des événements dans le détecteur H1 est facilement identifiable.