Stocker et restituer un photon unique

par Jérôme Ruggiero

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Louis Le Gouët.

Soutenue en 2010

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    L'objet de ce travail de thèse est d'étudier un cas particulier de l'interaction lumière-matière dans le cadre du stockage d'information quantique. Nous nous sommes intéressés aux processus appelés transitoires optiques cohérents, et plus précisément à l'écho de photon à deux impulsions. Ce processus est observé dans des cristaux dopés aux ions lanthanides, tel que le Tm3+: YAG. Une fois éclairé par une impulsion faible (le signal à stocker) puis par une impulsion plus intense (servant à la remise en phase des dipôles induits), ce milieu atomique, essentiellement un système à deux niveaux avec une transition large, réemet une troisième impulsion, qui est l' ''écho'' temporel de la premie��re (chapitre 1). Nous avons observé de tels échos expérimentalement, et ce pour des impulsions de signal faibles. Néanmoins, des effets délétères, dûs à l'impulsion de rephasage et à sa propagation, nous ont permis de conclure sur l'impossibilité d'utiliser ce processus tel quel en tant que protocole de mémoire quantique (chapitre 2). Le troisième chapitre a pour objet l'état des lieux des diverses méthodes dérivées de l'écho de photon à deux impulsions. Notamment, nous examinons la capacité théorique des échos Stark à restituer une éventuelle information quantique. Bien que prometteuse, nous lui avons préféré un autre processus basé sur la structuration de l'absorption du système en peigne de fréquences atomiques (AFC en anglais). Son étude théorique consistitue la fin du chapitre 3. Le dernier chapitre (4) s'attache à résumer les expériences que nous avons réalisées sur le protocole AFC. Elles ont permis d'observer des échos AFC avec une efficacité proche de 10%. Elles ont également permis de dégager des axes de recherche pour améliorer le protocole, comme l'AFC large-bande, ou en régime de comptage de photons.

  • Titre traduit

    Store and retrieve a single photon


  • Résumé

    The objective of this work is to study a special aspect of the atom-light interaction, in the perspective of quantum information storage. We thus considered phenoma called coherent optical transient, and among them the two-pulse echo. This phenomenon appears in lanthanid ions doped crystals, such as the Tm3+: YAG. Once it is enlightened by a weak pulse (signal to store), and then by a much stronger pulse (used to induce the rephasing of electric dipoles), this atomic medium, essentially a two level system with broad transition, shines a third pulse on its own. This one, similar to the first pulse, is like its temporal "echo" (chapter 1). We observed such echoes experimentally, even with very weak signal pulses. Nevertheless, undesired effects, linked to the rephasing pulse and its propagation, allowed us to conclude on the impossibility to use this process as a quantum memory protocol (chapter 2). The third chapter aims at reviewing the state of the art on QM protocols derived from the two-pulse echo. Ln particular, we examine the theoretical ability of Stark echoes to restore a potential quantum information. Though full of promises, thoses Stark echoes protocols have a drawback that is overcomed by a new type of protocol: the Atomic Frequency Comb (AFC). By tailoring a frequency comb in the broad absorption profile of the system, we trigger the emission of an "AFC echo". The theoretical study of the AFC makes the end of the third chapter. The last chapter (4) contains a summary of our experiments on the AFC protocol. They allowed us to observe AFC echoes with about 10% efficiency. They also opened the way to further improvements of the protocol, such as the broad band AFC, or in the photon counting regime.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (127 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 123-127

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)168
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