Etudes expérimentales d'atomes dans un piège dipolaire microscopique

Experimental studies of atoms in a microscopic dipole trap

• Auteur / Autrice : Georges-Olivier Reymond
• Direction : Philippe Grangier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Condensation de Bose-Einstein

Maxwell-Boltzmann, Distribution de

Mots clés libres

Information quantique

Force dipolaire

Collisions à deux corps

Potentiel harmonique

Paramètre de Lamb-Dicke

Résumé

Les atomes sont des candidats intéressants pour l'information quantique, car leur neutralité électrique devrait leur assurer un long temps de cohérence. Afin de pouvoir les manipuler un par un, nous avons choisi de les placer dans un piège dipolaire microscopique. Une analyse détaillée du nombre d'atomes piégés montre que celui-ci peut être compris entre 1 et 30, avec un régime préférentiel de travail dans lequel les collisions inélastiques le limitent à un. Il est également possible de placer deux pièges dipolaires côte à côte, et donc de disposer de deux atomes, à quelques microns de distance. Dans le but d'intriquer ces deux atomes, il est important de connaître l'amplitude du mouvement des atomes piégés. Celle-ci se caractérise avec le paramètre de Lamb-Dicke, paramètre qui dépend des fréquences d'oscillation du potentiel dipolaire, mais aussi de la température des atomes. Ces deux grandeurs ont été mesurées expérimentalement, et montrent que le confinement est actuellement insuffisant. Il est donc nécessaire de refroidir les atomes davantage. Un autre champ d'investigation de cette expérience concerne le régime où le nombre d'atomes piégés est de l'ordre d'une trentaine. Nous avons alors démontré la possibilité d'évaporer le nuage atomique, et donc de le refroidir. Il devrait alors être possible d'obtenir des condensats de Bose-Einstein à très petit nombre d'atomes, et en régime de Lamb-Dicke.

Atoms are good candidates for quantum information, because their electrical neutrality should guarantee a long coherence time. In order to manipulate them one by one, we have chosen to store them in a microscopie dipole trap. A careful analysis of the number of trapped atoms shows that it can be varied between 1 and 30, with a favorite regime of work where inelastical collisions lock it to one. It is also possible to realize two dipole traps, and thus to obtain two trapped atoms, a few microns away from one another. Before entangling these two atoms, we first have to characterize their thermal motion in the trap. It is defined by the Lamb-Dicke parameter, which depends both on the potential oscillation frequencies and on the trapped atoms temperature. These two parameters have been measured experimentally, and show that the confinement of the trapped atoms is at present too weak. It is thus necessary to cool the atoms further. Another field of this experiment concerns the case where the number of trapped atoms is about thirty. We have then demonstrated that it was possible to evaporate the atomic sample, and thus to cool it. By forcing this cooling, one should obtain Bose-Einstein condensates with a very small number of atoms, and also in the Lamb-Dicke regime.