Détection non-destructif et de haute fidelité d'atomes uniques à l'aide d'un résonateur sur une puce à atomes

Cavity based high-fidelity and non-destructive single atom detection on an atom chip

• Auteur / Autrice : Roger Peter Gehr
• Direction : Jakob Reichel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique quantique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrodynamique quantique en cavité

Condensation de Bose-Einstein

Résumé

Dans ce mémoire, nous démontrons la préparation et la détection d’atomes uniques sur une puce à atomes. Nous préparons un atome unique de Rubidium couplé fortement à un résonateur optique de haute finesse intégrée à la puce à atomes. L’atome est extrait d’un condensat de Bose-Einstein et piégé à une position de couplage maximum au résonateur. Nous mesurons le spectre du système couplé et démontrons qu’il se situe dans le régime de couplage fort d’électrodynamique quantique. Ceci nous permet d’utiliser la transmission et la réflexion du résonateur pour déduire l’état hyperfine de l’atome piégé. Nous obtenons une fidélité de détection de 99. 93% avec un temps de détection de 100 microsecondes. L’atome reste piégé pendant la détection. Cette performance est comparable aux expériences d’ions piégés et est compatible avec des techniques de correction d’erreurs dans le cadre de l’information quantique. Nous mesurons également le taux de diffusion de photons pendant la détection, et démontrons que nous détectons l’état interne de l’atome avec une erreur inférieure à 10% en diffusant moins de 0. 2 photons en moyenne. Pour conclure la caractérisation du processus de détection, nous analysons la projection de l’état atomique due à la mesure en effectuant une expérience de type Zeno quantique. Nous démontrons que chaque photon incident sur la cavité réduit la cohérence de l’état atomique d’un facteur de 0. 7. La détection présentée est donc proche de l’exemple type d’une mesure projective d’un system quantique à deux niveaux