De nombreux systèmes naturels restent loin de l’équilibre thermodynamique en échangeant de la matière, de l’énergie ou de l’information avec leur environnement. Comme ces transferts brisent l’invariance par renversement du temps, ces processus échappent à la thermodynamique traditionnelle et leurs fluctuations intrinsèques ne suivent pas les principes de la mécanique statistique à l’équilibre. Comprendre la physique des processus classiques ou quantiques loin de l’équilibre est un défi théorique majeur.
En dehors de la thermodynamique, les fonctions d’état d’équilibre, telles que l’entropie ou l’énergie libre, deviennent inadaptées et sont remplacées par le concept unificateur des potentiels de grande déviation. L’étude mathématique de différents niveaux de grandes déviations et de leurs propriétés, ainsi que de leurs conséquences sur les fluctuations macroscopiques dans divers processus classiques est au centre de plusieurs travaux menés à l’IPhT (chaînes de Glauber-Ising, statistique des records, réinitialisation stochastique, jamming et métastabilité, systèmes de particules en interaction, marches de Polya, trempe de température…).
Les idées de la physique hors d’équilibre jouent un rôle crucial dans la conception d’algorithmes d’optimisation efficaces, tels que la descente de gradient stochastique, utilisée pour entraîner les réseaux de neurones artificiels pour l’apprentissage profond, et plus généralement dans l’exploration de la dynamique complexe des systèmes vitreux. De même, les chercheurs de l’IPhT travaillent aussi sur des algorithmes inspirés du transport optimal pour générer des chemins de transition pour le repliement des protéines.
Du côté quantique, l’institut a également des activités sur les systèmes dissipatifs à N corps quantiques ainsi que sur le rôle des mesures quantiques dans les modèles simples, tels que les processus d’exclusion quantique. Ces modèles constitue des boîtes à outils pour étudier l’interaction entre la décohérence et la mesure. Enfin, l’eigenstate thermalization hypothesis (ETH) et sa relation avec les bornes sur le chaos quantique constituent également une direction de recherche explorée à l’IPhT.
Chercheurs
Kirone MALLICK
Laura FOINI
Grégoire MISGUICH
Jean-Marc LUCK
Claude GODRÈCHE
Michel BAUER
Cecile MONTHUS
Henri ORLAND
Pierfrancesco URBANI