Atomes de Rydberg circulaires vivant plus d'une milliseconde dans une expérience à température ambiante

Millisecond-lived Circular Rydberg Atoms in a Room Temperature Experiment

• Auteur / Autrice : Haiteng Wu
• Direction : Jean-Michel Raimond, Sébastien Gleyzes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 08/12/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Kastler Brossel (Paris ; 1998-....)
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Tignon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Bloch, Pérola Milman
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Jacques Greffet, Charles S. Adams

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mesure

Théorie quantique

Atomes froids

Rydberg, États de

Mots clés libres

Mécanique quantique

Atomes froids

Atome de Rydberg

Atome de Rydberg circulaire

Émission spontanée

Simulation quantique

Métrologie quantique

Quantum mechanics

Cold atoms

Rydberg atom

Circular Rydberg atom

Spontaneous emission

Quantum simulation

Quantum metrology

Résumé

Les états de Rydberg circulaires sont des outils idéaux pour les technologies quantiques, avec d'énormes interactions mutuelles et des durées de vie extrêmement longues de l'ordre de quelques dizaines de millisecondes, deux ordres de grandeur plus grandes que celles des états de Rydberg accessibles au laser. Cependant, de telles durées de vie ne sont observées qu'à température nulle. À température ambiante, les transferts induits par le rayonnement du corps noir annihilent cet atout essentiel des états circulaires, qui ont donc été principalement utilisés jusqu'à présent dans des expériences cryogéniques spécifiques et complexes. Dans ce travail, nous démontrons, sur un échantillon atomique refroidi par laser, une durée de vie d'état circulaire de plus d'une milliseconde à température ambiante pour un nombre quantique principal de 60. La structure d'inhibition est un simple condensateur plan parallèle qui inhibe efficacement le rayonnement du corps noir. -transferts induits. L'une des électrodes du condensateur est entièrement transparente et offre un accès optique complet aux atomes, une caractéristique essentielle pour les applications. Cette expérience ouvre la voie à une large utilisation des atomes circulaires de Rydberg pour la métrologie quantique et la simulation quantique.

Circular Rydberg states are ideal tools for quantum technologies, with huge mutual interactions and extremely long lifetimes in the tens of milliseconds range, two orders of magnitude larger than those of laser-accessible Rydberg states. However, such lifetimes are observed only at zero temperature. At room temperature, blackbody-radiation-induced transfers annihilate this essential asset of circular states, which have thus been used mostly so far in specific, complex cryogenic experiments. In this work we demonstrate, on a laser-cooled atomic sample, a circular state lifetime of more than one millisecond at room temperature for a principal quantum number 60. The inhibition structure is a simple plane-parallel capacitor that efficiently inhibits the blackbody-radiation-induced transfers. One of the capacitor electrodes is fully transparent and provides complete optical access to the atoms, an essential feature for applications. This experiment paves the way to a wide use of circular Rydberg atoms for quantum metrology and quantum simulation.