Manipulation d'atomes dans des pièges dipolaires microscopiques et émission contrôlée de photons par une atome unique

par Benoît Darquié

Thèse de doctorat en Physique. Lasers et matière

Sous la direction de Philippe Grangier.


  • Résumé

    Cette thèse porte sur la manipulation d'atomes uniques de Rb 87 dans des micro-pièges dipolaires optiques en vue d'applications à l'information quantique. Le dispositif expérimental est basé sur un objectif de grande ouverture numérique pouvant focaliser un faisceau à la limite de diffraction et collecter efficacement la lumière émise par les atomes. Nous avons caractérisé la géométrie du potentiel et le mouvement des atomes piégés par des mesures de fréquences d'oscillation, d'énergies moyennes. Pour prouver que ce système est adapté au traitement quantique de l'information, nous montrons que son extensibilité à grande échelle est possible. A l'aide d'un modulateur de phase programmable par ordinateur et à partir d'un seul faisceau laser, nous avons généré holographiquement des réseaux de micro-pièges dipolaires pour atomes uniques, chacun des sites étant adressable individuellement. En vue de réaliser des portes logiques à deux qubits, nous avons choisi de nous orienter vers leur intrication conditionnelle. Celle-ci qui passe par le contrôle de l'émission de l'atome à l'échelle du photon unique, obtenue à la suite d'une excitation impulsionnelle. Nous avons conçu une chaîne laser délivrant des impulsions de durée 4 ns et de puissance crête 1 à 10 W. Elle nous assure un contrôle cohérent de la transition fermée 5S1/2,F=2,mF=±2 vers 5P3/2,F=3,mF=±3. Nous avons observé des oscillations de Rabi et des battements quantiques sur des atomes uniques. En ajustant la puissance de la chaîne laser pour réaliser des impulsions pi, on obtient une source déclenchable de photons uniques qui présente un flux de photons important et un faible taux d'impulsions contenant deux photons.

  • Titre traduit

    Manipulation of atoms in microscopic dipole traps and controlled emission of photons by a single atom


  • Résumé

    This work deals with the manipulation of single atoms of rubidium 87 in microscopic optical dipole traps, in order to use them for quantum information processing. The experimental setup is based on a high numerical aperture lens which allows us to focus a beam to the diffraction limit and collects the light emitted by the atoms with a high efficiency. We have characterized the geometry of the potential and the movement of the trapped atoms by measuring oscillation frequencies, and mean energies of the atoms. To demonstrate that our setup is well suited to quantum information processing, we prove its scalability. Using a programmable phase modulator and holographic techniques, we have generated, from a single beam, arrays of micro-dipole traps, each of them being optically addressable. In order to realize two qubit logic gates, we have decided to go towards conditional entanglement. This requires the controlled emission of single photons by each of the atoms, which is obtained after a pulsed excitation. We have developed a new laser system delivering pulses of 4 ns every 200 ns, with a peak power from 1 to 10 W. It allows us to drive coherently the closed transition 5S1/2,F=2,mF=±2 to 5P3/2,F=3,mF=±3. We then observed Rabi oscillations and quantum beats with single atoms. By adjusting the power of the laser source to realize pi-pulses, we obtain a triggered single photon source with a high flux of photons and a weak rate of pulses containing two photons.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (227 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 213-221

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2005)223
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