De nombreux systèmes naturels restent éloignés de l’équilibre thermodynamique en échangeant de la matière, de l’énergie ou de l’information avec leur environnement. Dans la mesure où ces transferts rompent l’invariance du renversement temporel, 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 des différents niveaux de grands écarts et de leurs propriétés, ainsi que leurs conséquences pour les fluctuations macroscopiques dans divers processus classiques, est au centre de plusieurs projets à l’IPhT (chaînes de Glauber-Ising, statistiques d’enregistrement, réinitialisation stochastique, brouillage et métastabilité, systèmes de particules en interaction, marches de Polya, trempe de température, etc.)
Les idées issues de la physique du non-équilibre jouent un rôle crucial dans la conception d’algorithmes d’optimisation efficaces, tels que la décroissance de gradient stochastique, utilisée pour entraîner les réseaux de neurones artificiels à l’apprentissage profond, et plus généralement dans l’exploration de la dynamique complexe des systèmes vitreux. Les chercheurs de l’IPhT travaillent également sur des algorithmes inspirés du transport optimal pour générer des chemins de transition pour le repliement des protéines.
Sur le plan quantique, l’institut mène également des activités sur les systèmes quantiques dissipatifs à N-corps et sur le rôle des mesures quantiques dans des modèles simples, tels que les processus d’exclusion quantique. Ces modèles constituent des boîtes à outils pour étudier l’interaction entre la décohérence et la mesure. Enfin, l’hypothèse de la thermalisation des états propres (ETH) et sa relation avec le chaos quantique est une autre direction de recherche explorée à l’IPhT.
Chercheurs permanents
Kirone MALLICK
Laura FOINI
Grégoire MISGUICH
Jean-Marc LUCK
Claude GODRÈCHE
Michel BAUER
Cecile MONTHUS
Henri ORLAND
Pierfrancesco URBANI