Coherent manipulation of the internal state of an atomic gas : from atomic memories to atomic interferometers

par Pietro Ernesto Lombardi

Thèse de doctorat en Physique Quantique

Sous la direction de Elisabeth Giacobino et de Francesco Marin.

Soutenue en 2012

à Paris 6 en cotutelle avec l'Université de Florence .

  • Titre traduit

    Manipulation cohérente de l'état interne d'un gaz atomique : mémoires atomiques et interféromètres atomiques


  • Résumé

    Ce travail de thèse est consacré à l'exploration de méthodes cohérentes pour la manipulation des états internes d'une nuage atomique. L'objectif final est de créer un schéma pour la réalisation d'une mémoire quantique capable de stocker l'état quantique d'une impulsion lumineuse dans une cohérence atomique. J'ai exploré deux différentes réalisations expérimentales, les deux basées sur la transparence induite électromagnétiquement dans un système à trois niveaux en configuration Lambda. La première réalisation est basée sur sous-niveaux Zeeman d'atomes de césium à température ambiante (réalisé dans le groupe de E. Giacobino au LKB, Paris) en s'appuyant sur la ligne D2. En présence d’élargissement Doppler l'effet EIT est fortement réduite en raison de la présence de transitions adjacentes. Nous avons développé un modèle théorique pour décrire la réponse optique du système, comprenant les contributions des transitions hors résonance. Nous avons ensuite vérifié expérimentalement le modèle et trouvé une méthode pour améliorer la transparence optique basée sur un de-pompage sélectif en vitesse. La deuxième réalisation est basée sur les états hyperfins de atomes de rubidium ultra-froids piégés dans une micro-piège magnétique (réalisé dans le groupe de F. S. Cataliotti au LENS, Firenze). Dans cette expérience, nous avons observé une forte réduction (près de 6 ordres de grandeur) de la vitesse de la lumière dans l'ensemble atomique, une étape fondamentale vers la réalisation de stockage d'information cohérente. Nous avons développé également une méthode pour mesurer la phase relative entre deux impulsions de lumière en utilisant l'interférométrie atomique


  • Résumé

    This thesis work is devoted to the exploration of coherent methods for the manipulation of atomic internal states. The final aim is to create a robust scheme for the realization of a quantum memory capable of storing the quantum state of a light pulse in an atomic coherence. I have explored two different experimental realizations, both based on electromagnetically induced transparency in a three level Lambda scheme. The first realization was based on Zeeman sub-levels of Cesium atoms in a room temperature cell (realized in the group of Elisabeth Giacobino at LKB, Paris). In this experiment we characterized a memory based on the D2 line of 133Cs. In the presence of Doppler broadening the EIT effect is strongly reduced due to the presence of adjacent transitions. We developed a model to describe the optical response of the complete system including off-resonant transitions. We then experimentally verified the model and found a method to enhance the transparency based on velocity selective optical pumping. The second realization was instead based on hyperfine states of ultracold Rubidium atoms held in a magnetic microtrap (realized in the group of F. S. Cataliotti at LENS, Firenze). In this experiment we observed a strong reduction (by almost 6 orders of magnitude) in the speed of light within the atomic sample, a promising step towards the realization of coherent information storage. We developed also a method to measure the relative phase of light pulses using atomic interferometry. These findings open an interesting alternative route for the detection of quantum coherence and non-classical states

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  • Détails : 1 vol. (250 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 239-250. 125 réf. bibliogr.

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  • Cote : T Paris 6 2012 417

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  • Cote : 2012PA066417
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