Ingénierie quantique avec des atomes de Rydberg individuels

par Sylvain De Leseleuc De Kerouara (De leseleuc)

Projet de thèse en Physique quantique

Sous la direction de Thierry Lahaye.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Ondes et Matière , en partenariat avec Laboratoire Charles Fabry (Palaiseau, Essonne) (laboratoire) , Optique quantique (equipe de recherche) et de Institut d'optique Graduate School (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2015 .


  • Résumé

    Notre équipe a mis en place au cours des dernières années un dispositif expérimental permettant de piéger des atomes individuels dans des matrices bidimensionnelles de pinces optiques générées à l'aide d'un modulateur spatial de lumière, et ayant une géométrie arbitraire entièrement contrôlable [1]. En excitant ces atomes individuels vers des états très excités, dits états de Rydberg, nous pouvons induire des interactions dipolaires électriques très fortes (énergies d'interactions typiques de quelques MHz pour des séparations de quelques microns) entre ces atomes. Nous avons récemment étudié en grands détails la dépendance spatiale (en distance et angulaire) de ces interactions pour deux atomes, que ce soit dans le régime d'interactions non-résonantes (interactions de van der Waals) [2] ou dans le régime résonant (résonance de Förster) [3]. Nous avons tout récemment étendu ces études à des systèmes de trois atomes [4,5], réalisant en particulier une « chaîne de spin » élémentaire. Le présent projet de thèse vise d'une part à étendre notre contrôle à un nombre d'atomes de l'ordre de la dizaine, voire plus, ce qui nécessite la mise en place de nouveaux outils (en particulier en ce qui concerne le chargement, non déterministe jusqu'à présent, de la matrice de pièges), et d'autre part à étudier des systèmes décrits par des Hamiltoniens de spins, de type Heisenberg par exemple, sur des réseaux de géométrie variée pour mettre en évidence par exemple des effets de frustration géométrique. Par ailleurs, un autre but de la thèse sera de déterminer les éventuelles limites de notre dispositif expérimental comme simulateur quantique, et de mettre en place des stratégies permettant de les dépasser. Références : [1] F Nogrette et al., Phys. Rev. X 4, 021034(2014). [2] L. Béguin et al., Phys Rev. Lett 110, 263201 (2013). [3] S. Ravets et al., Nature Phys. 10, 914 (2014). [4] D. Barredo et al., Phys. Rev. Lett. 112, 183002 (2014). [5] D. Barredo et al., Phys. Rev. Lett. sous presse (2015).

  • Titre traduit

    Quantum Engineering with single, cold Rydberg atoms


  • Résumé

    Our team has been building in the last few years an experiment to trap single atoms in 2d arrays of optical tweezers generated by holography with a spatial light modulator [1]. By exciting these atoms to Rydberg states, we can induce strong dipolar interactions, in the MHz range, between atoms held a few micrometers apart. We have recently studied in delails the radial and angular dependency of these interactions for two atoms, either in the Van-der-Walls regime [2] - non-resonant case - or in the Forster regime [3]- resonant case. We have recently extended these results to a system of 3 atoms[4,5], rthus achieving an elementary spin chain. This thesis project aim to extend our control over the number of atoms towards a few tens, up to hundred, which requires new tools, in particular for loading deterministically the arrays of traps. We want to study spin Hamiltonian systems on geometries leading to frustations. Références : [1] F Nogrette et al., Phys. Rev. X 4, 021034(2014). [2] L. Béguin et al., Phys Rev. Lett 110, 263201 (2013). [3] S. Ravets et al., Nature Phys. 10, 914 (2014). [4] D. Barredo et al., Phys. Rev. Lett. 112, 183002 (2014). [5] D. Barredo et al., Phys. Rev. Lett. sous presse (2015).