Mesure adaptative non destructive du nombre de photons dans une cavité

Adaptive non destructive measurement of the photon number in a cavity

• Auteur / Autrice : Bruno Peaudecerf
• Direction : Serge Haroche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique Quantique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théorie quantique

Interféromètres

Rydberg, États de

Résumé

Une mesure adaptative vise à optimiser l'acquisition d'information sur un système à l'aide d'une boucle de rétroaction sur l'appareil de mesure. Dans notre dispositif d'électrodynamique en cavité, nous avons réalisé une mesure adaptative d'un système quantique, le champ micro-onde piégé dans une cavité supraconductrice de très grande finesse. Des atomes de Rydberg circulaires, interagissant dispersivement avec le champ réalisent une série de mesures dites faibles, aboutissant à la mesure quantique non destructive du nombre de photons dans le mode. La prise en compte des résultats des mesures successives, de l'action en retour sur le système, et de l'ensemble des imperfections expérimentales, permet à un ordinateur de contrôle d'effectuer une estimation en temps réel de l'état du champ. La phase de l'interféromètre de Ramsey mesurant l'orientation des dipôles atomiques est alors optimisée afin d'extraire un maximum d'information des détections suivantes. Nous montrons que préparation d'états de Fock est nettement accélérée avec la méthode adaptative, par rapport à un protocole passif utilisant une alternance prédéfinie des phases de mesure. Cette mesure adaptative pourrait être exploitée pour combattre la décohérence, par exemple dans des protocoles de rétroaction quantique où la rapidité de l'estimation d'état est cruciale.

An adaptive measurement aims at optimizing the acquisition of information on a system, with the help of a feedback loop on the measuring apparatus. In our cavity quantum electrodynamics setup we have achieved the adaptive measurement of a quantum system, the microwave field trapped in a high finesse superconducting cavity. Circular Rydberg atoms interact dispersively with the field and achieve a quantum nondemolition measurement of the photon number by a succession of weak measurements. Taking into account all measurement outcomes, the measurement back-action and all experimental imperfections, a control computer estimates the field state in real-time. The phase of the Ramsey interferometer measuring the orientation of the atomic dipole is then optimized so that the following detections bring maximal information. We demonstrate that the preparation of Fock states is clearly accelerated using an adaptive technique, compared to a passive protocol where the choice of measurement phase is predefined. Such an adaptive measurement could be exploited to fight against decoherence, for example in quantum feedback protocols where the speed of state estimation is crucial.