Le kelvin quantique : mesure optomécanique de température par corrélations quantiques et validation métrologique

Quantum kelvin : An optomechanical measure of temperature by quantum correlations and metrological validation

• Auteur / Autrice : Ferhat Loubar
• Direction : Stephan Briaudeau, Tristan Briant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur spécialité Lasers, nanosciences et métrologie
• Date : Soutenance le 14/12/2022
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LCM - Laboratoire commun de métrologie LNE Cnam - Laboratoire Commun de Métrologie LNE-CNAM
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : Conservatoire national des arts et métiers (France ; 1794-....)
• Jury : Président / Présidente : Agnès Maître
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stephan Briaudeau, Tristan Briant, Agnès Maître, Olivier Arcizet, Alfredo de Rossi, Bess Fang-Sortais
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Arcizet, Alfredo de Rossi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermométrie -- Instruments

Optique physique

Mots clés libres

Optomécanique quantique

Optique quantique

Thermométrie

Metrologie

Quantum optomechanics

Quantum optics

Thermometry

Metrology

Résumé

En 2019, le comité international des poids et mesures a redéfini les différentes unités du système international en particulier le kelvin qui se base désormais sur les constantes de Planck et de Boltzmann dont les valeurs ont été fixées. Cette redéfinition a suscité le développement de nouveaux capteurs de température primaire permettant la dissémination du nouveau Kelvin. Les capteurs se basant sur les technologies quantiques sont très plébiscités par la communauté de métrologie.Dans ce contexte, nous proposons un capteur de température multimodal dont le fonctionnement repose sur les propriétés optique et optomécanique d'un cristal optomécanique à cristaux photoniques 1D. Sous l'effet de la température le résonateur voit sa fréquence de résonance optique se décaler et le mouvement Brownien induit par le bain thermique environnant varier. Ces deux effets permettent de remonter à la température du résonateur de deux manières différentes, à condition de pouvoir calibrer la chaîne de mesure. Ce type de résonateurs optomécaniques ouvre la voie vers des capteurs de température primaires auto-calibrés avec des corrélations quantiques résultantes de la force de pression de radiation exercée par la lumière.

In 2019, the International Committee for Weights and Measures redefined the various units of the International System of Units by setting the values of the fundamental constants associated with them. Kelvin has been redefined by setting Planck's constant and Boltzmann's constant. This redefinition spurred the development of new primary temperature sensors to disseminate the new Kelvin. Sensors based on quantum technologies are very popular in the metrology community.In this context, we propose a multimodal temperature sensor whose operation is based on the optical and optomechanical properties of a 1D photonic crystal. Indeed, under the effect of temperature, the resonator sees its optical resonance frequency shift, and the Brownian motion induced by the surrounding thermal bath changes. These two effects allow the temperature of the resonator to be determined in two different ways, provided that the calibration is correct. This type of optomechanical resonator opens the way to self-calibrating primary temperature sensors with quantum correlations resulting from the radiation pressure force exerted by light.