Manipulation d’atomes de Rydberg par contrôle quantique - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Manipulation of Rydberg atoms using quantum optimal control

Manipulation d’atomes de Rydberg par contrôle quantique

Résumé

Our experimental setup allow us to prepare and manipulate circular Rydberg atoms [1] which are of great use for metrological applications [2,3]. The topic of this PhD thesis is the experimental implementation of optimal control theory (OCT) to the preparation of arbitrary states of rubidium Rydberg atoms. So far, preparing circular Rydberg states with high fidelity required to perform an adiabatic passage [1], which implies the use of µs-long radiofrequency (RF) pulse. During this work, in collaboration with S. Patsch and C.P. Koch from the University of Kassel for the theory part, we experimentally implement RF pulses obtained using the Krotov method [4], and prepare circular Rydberg states with a fidelity of 96.2% in only 113 ns. Moreover, we show that OCT can also be applied to prepare more complex states, and demonstrate the preparation of a superposition of a circular state and a low angular momentum state, which has application to metrology. We reach a fidelity of 93% with a 167 ns-long pulse, which is a remarkable improvement in comparison to the previously used technique [2]. [1] A. Signoles, E. K. Dietsche, A. Facon, D. Grosso, S. Haroche, J. M. Raimond, M. Brune, and S. Gleyzes, Phys. Rev. Lett. 118, 253603 ; [2] A. Facon, E.K. Dietsche, D. Grosso, S. Haroche, J.M. Raimond, M. Brune & S. Gleyzes, Nature 535, 262–265(2016) ; [3] E. K. Dietsche, A. Larrouy, S. Haroche, J. M. Raimond, M. Brune & S. Gleyzes, Nature Physics 15, 326–329(2019) ; [4] S. Patsch, D.M. Reich, J.M. Raimond, M. Brune, S. Gleyzes, and C.P. Koch, Phys. Rev. A 97, 053418
Notre dispositif expérimental nous permet de préparer et de manipuler des atomes de Rydberg circulaires [1] dont l’intérêt pour la métrologie quantique a déjà été démontré [2,3]. Le sujet de cette thèse est l’implémentation expérimentale de la Théorie du contrôle quantique (OCT) à la préparation d’états arbitraires d’atomes de Rydberg de rubidium. Jusqu’à présent, la préparation d’atomes de Rydberg circulaires avec une grande fidélité nécessitait d’effectuer un passage adiabatique [1], qui requiert l’emploi d’impulsions radiofréquences (RF) de plusieurs microsecondes. Ce travail, réalisé en collaboration avec S. Patsch et C. P. Koch de l’Université de Kassel pour la partie théorique, a constitué en l’implémentation d’impulsions RF obtenues grâce à la méthode de Krotov [4] permettant la préparation d’atomes de Rydberg circulaires avec une fidélité de 96,2% en seulement 113 ns. De plus, nous avons montré que l’OCT peut aussi être utilisée afin de préparer des états plus complexes et appliqué celle-ci à la préparation d’une superposition d’un état circulaire et d’un de faible moment cinétique orbital, qui a des applications en métrologie. Nous atteignons une fidélité de 93% avec une impulsion RF de 167 ns, ce qui constitue une remarquable amélioration en comparaison de la technique de préparation précédemment utilisée [2]. [1] A. Signoles et. al. Phys. Rev. Lett. 118, 253603 ; [2] A. Facon et. al., Nature 535, 262–265(2016) ; [3] E. K. Dietsche et. al., Nature Physics 15, 326–329(2019) ; [4] S. Patsch et. al., Phys. Rev. A 97, 053418
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03599611 , version 1 (07-03-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03599611 , version 1

Citer

Arthur Larrouy. Manipulation d’atomes de Rydberg par contrôle quantique. Physique Quantique [quant-ph]. Sorbonne Université, 2020. Français. ⟨NNT : 2020SORUS388⟩. ⟨tel-03599611⟩
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