Passage à l'échelle de matrices d'atomes dans des pinces optiques - Piégeage d'atomes individuels en environnement cryogénique
Auteur / Autrice : | Kai-Niklas Schymik |
Direction : | Thierry Lahaye |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique |
Date : | Soutenance le 24/03/2022 |
Etablissement(s) : | université Paris-Saclay |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Ondes et Matière |
Partenaire(s) de recherche : | Equipe de recherche : Optique Quantique |
référent : Institut d'optique Graduate school (Palaiseau, Essonne ; 1920-....) | |
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....) | |
Laboratoire : Laboratoire Charles Fabry / Optique Quantique | |
Jury : | Président / Présidente : François Marquier |
Examinateurs / Examinatrices : Thierry Lahaye, Michel Brune, Sebastian Hofferberth, Hélène Perrin, Fred Jendrzejewski | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Brune, Sebastian Hofferberth |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Des atomes individuels piégés dans des matrices de pinces optiques forment une des meilleures plateformes expérimentales pour la simulation quantique de modèles de spins. Comme pour la plupart des plateformes de simulation quantique, l'augmentation du nombre d'objets quantiques contrôlés individuellement est un défi majeur. Dans cette thèse, je présente notre travail sur la levée des principales limitations à la réalisation de grandes matrices d'atomes sans défaut avec des fidélités élevées. Ces limitations des fidélités de préparation incluent la durée de vie limitée par le vide d'un seul atome dans la pince, et le temps nécessaire pour préparer de grandes matrices, atome par atome, avec une pince optique mobile. Nous avons d'abord amélioré l'assemblage de grands réseaux d'atomes sans défaut en développant des nouveaux algorithmes plus efficaces. En utilisant ces derniers, nous avons augmenté le nombre d'atomes d’une quarantaine à deux cents sur notre expérience à température ambiante. Nous avons ensuite construit une nouvelle plateforme cryogénique de pinces à atomes dans laquelle la durée de vie d'un seul atome est supérieure à 6000 secondes, soit une amélioration d'environ 300 fois par rapport à notre expérience à température ambiante. Nous décrivons la conception et la construction de la nouvelle configuration cryogénique et évaluons ses performances dans une série de tests. Enfin, nous démontrons le piégeage d'atomes uniques dans des réseaux de pinces optiques à des températures cryogéniques et analysons les différents mécanismes de perte présents pendant la mesure de la durée de vie. Ces résultats ouvrent la voie à des simulations quantiques à grande échelle sur notre plateforme.