Protocoles adiabatiques pour le ralentissement et le stockage de la lumière dans un cristal de TmYAG

Adiabatic protocols for slowing down and storing light in a thulium YAG vrystal

• Auteur / Autrice : Romain Lauro
• Direction : Jean-Louis Le Gouët
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Optique et physique atomique
• Date : Soutenance en 2010
• 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

Thulium

Optique quantique

Lumière -- Absorption

Résumé

De nombreux laboratoires travaillent à la mise au point de mémoires quantiques, élément clef des systémes d'information quantique de l'avenir. Les mémoires quantiques pour la lumière devraient en particulier jouer un rôle important dans les réseaux de télécommunications quantiques à grande distance. Constituée d'un ensemble d'atomes sur lequel on transpose l'état du signal lumineux, la mémoire doit être capable de sauvegarder cet état pendant un temps suffisamment long, puis de le restituer avec efficacité et fidélité. A ce jour, l'effort a surtout porté sur des protocoles liés à la Transparence Induite Electromagnétiquement (EIT), mis en œuvre dans des nuages d'atomes refroidis par laser. Mon travail porte sur un système alternatif, les ions de terres rares en matrice cristalline (TRMC). Ces matériaux offrent une immobilité plus grande que les atomes froids. Par ailleurs, la durée de vie des états de superposition quantique, porteur de l'information stockée, y est très longue à basse température. L'élargissement inhomogène des transitions optiques distingue cependant nettement les TRMC des atomes refroidis par laser. Tirant parti de cette caractéristique, je propose un protocole de stockage original que j'explore sur le plan théorique et expérimental.

Many laboratories work on the development of quantum memories, a key element of the quantum information systems of the future. The quantum memories for light should play an important role in quantum communication networks over long distances. The memory consists in a set of atoms where the state of the light signal is transferred, the memory must be able to save this state for a sufficiently long time, then to return it with efficiency and fidelity. To date, the effort has focused on protocols related to electromagnetically induced transparency (EIT), implemented in clouds of atoms cooled by laser. I worked on an alternative system, the rare earth ions in crystalline matrix (RIMC). Ln these materials, ions are strictly motionless. Moreover, the Iifetime of quantum superposition states, carrying the information stored is very long at low temperatures. The inhomogeneous broadening of optical transitions, however, clearly distinguishes the RIMC laser cooled atoms. Taking advantage of this feature, I propose an original storage protocol, that we investigate both experimentally and theoretically.