Cette page est associée au cours de Physique quantique de la troisième année de Licence de l’Université Paris Diderot (année 2018–2019).
La Physique quantique est aujourd’hui le cadre général de toutes les théories physiques fondamentales, hormis la théorie de l’espace-temps (théorie de la Relativité Générale). Elle marque une rupture profonde avec les présupposés de la Physique dite “classique” (au sens de “non quantique”), et conduit à une représentation du monde physique entièrement nouvelle, parfois déroutante, mais soutenue jusqu’à ce jour par toutes les observations expérimentales à notre portée et par les diverses investigations théoriques auxquelles elle a donné lieu.
Ce cours propose une introduction aux concepts et outils élémentaires de la « Physique quantique », ainsi qu’aux phénomènes nouveaux qu’elle permet à la fois de prévoir et d’élucider.
La présentation du formalisme général de la Mécanique quantique permettra de mettre en lumière certains faits et résultats essentiels au cœur de la Physique moderne, qui s’avèrent parfois contraires à l’intuition mais sont toujours confirmés par l’expérience.
Le cours abordera notamment les notions suivantes et les propriétés quantiques associées :
- état quantique, espace des états d’un système
- notion d’observable physique
- systèmes à deux états : qubit
- spin 1/2
- intrication quantique
- évolution des systèmes quantiques, équation de Schrödinger
- opérateurs “position” et “impulsion”
- observables “compatibles” ou “incompatibles”, relation d’indétermination
- fonction d’onde spatiale, représentation position, représentation impulsion
- dynamique d’une particule, libre ou soumise à un potentiel à une dimension
- oscillateur harmonique : états de Fock, opérateurs de création et d’annihilation
- indiscernabilité des particules quantiques : fermions et bosons
Les vidéos du cours seront mises en ligne au fil du semestre sur ma chaîne Youtube de cours (accessibles également ci-dessous). Vous y trouverez également des vidéos proposant une correction des travaux dirigés associés à ce cours.
N’hésitez pas à poser des questions associées aux thèmes abordés via les commentaires sur ce site ou préférentiellement au bas de chaque vidéo sur YouTube, afin que d’autres visiteurs ou abonnés de la chaîne puissent également profiter des réponses.
Voici également les énoncés des TD (travaux dirigés), proposés en exercices d’application aux étudiants suivant le cours à l’Université de Paris :
- TD 1 : probabilités et espaces vectoriels
- TD 2 : matrices de Pauli, kets, bras, valeurs moyennes
- TD 3 : spins 1/2, mesures de spin, spin et champ magnétique, états intriqués
- TD 4 : molécules de benzène
- TD 5 : fonctions d’onde
- TD 6 : équation de Schrödinger, puits de potentiel, effet tunnel, etc.
- TD 7 : oscillateur harmonique
Enfin, voici les énoncés des examens : partiel et examen final, ainsi que la correction de l’examen.
Galerie des vidéos du cours (à retrouver sur YouTube) :