Thèse soutenue

Optique quantique non-linéaire avec un super-atome de Rydberg couplé à une cavité de finesse moyenne
FR  |  
EN
Accès à la thèse
Auteur / Autrice : Julien Vaneecloo
Direction : Alexei Ourjoumtsev
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Optique quantique
Date : Soutenance le 04/02/2022
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Jeunes équipes de l'Institut de physique du Collège de France (Paris)
Jury : Président / Présidente : Jacqueline Bloch
Examinateurs / Examinatrices : Jakob Reichel, Philippe Grangier
Rapporteurs / Rapporteuses : Sebastian Hofferberth, Aurélien Dantan

Résumé

FR  |  
EN

La production d'interactions entre photons optiques est une préoccupation majeure pour la mise en œuvre de protocoles de communication quantique, le calcul quantique photonique et l'exploration de fluides photoniques en interaction. Cette thèse présente une plateforme expérimentale conçue pour obtenir ces interactions via un petit ensemble d’atomes couplé à une cavité. Les photons injectés à travers le résonateur sont transitoirement convertis en excitations de Rydberg, caractérisées par de fortes interactions de van der Waals couvrant l’ensemble. Cette hybridation entre photons et excitations atomiques, aussi appelé polariton, permet d’atteindre des non-linéarités optiques entre quelques photons. La première partie de cette thèse présente le dispositif expérimental, aborde la construction et les choix techniques. La deuxième partie se concentre sur la caractérisation de l'expérience et les différentes étapes nécessaires pour atteindre de fortes interactions : la préparation d'un petit nuage atomique, le fort couplage collectif avec le résonateur, l'hybridation entre photons et excitations atomiques. La dernière partie présente deux expériences menées avec la plateforme. Dans la première, les fortes interactions obtenues par les excitations de Rydberg sont utilisées pour réaliser une mémoire quantique non linéaire. Ce mécanisme tronque un état cohérent et permet de produire efficacement des photons uniques. La deuxième expérience porte sur le contrôle et la détection à mesure unique d'une excitation Rydberg dans le nuage. En particulier, un atome de Rydberg est suffisant pour induire un changement de signe du champ réfléchi sur la cavité.