Thèse soutenue

Piégeage et refroidissement d’atomes de strontium dans un montage compact : vers une expérience d’électrodynamique quantique dans une micro cavité en anneau
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Auteur / Autrice : Mathieu Bertrand
Direction : Jakob Reichel
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique atomique
Date : Soutenance le 22/03/2021
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 : Arnaud Landragin
Examinateurs / Examinatrices : Guglielmo M. Tino, Sebastian Blatt
Rapporteurs / Rapporteuses : Mathilde Hugbart, Florian Schreck

Résumé

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Durant les dernières années, l’émergence de technologies quantiques basées sur l’intrication ont défini une Seconde Révolution Quantique. Les ensembles d’atomes de type alcalino-terreux comme le strontium et l’ytterbium possèdent des états quantiques à longue durée de vie prometteurs pour ces technologies. La présence de transitions ultra fines dans leurs structures de niveaux ainsi que de larges spins nucléaires ont mené à d’impressionnantes avancées dans les domaines des horloges optiques, du magnétisme de type SU(N) et de la physique des atomes de Rydberg. Parmi les plateformes permettant de générer de l’intrication dans des systèmes contenant de nombreuses particules, l’électrodynamique quantique en cavité est particulièrement intéressante. Autorisant la création d’interactions effectives à longue portée entre atomes et la mesure quantique non destructive des états des qubits, elle ouvre de nombreuses possibilités dont l’amélioration de la précision des horloges optiques et les simulations quantiques contenant des interactions longues distances. Dans cet esprit, nous développons une expérience combinant un ensemble d’atomes de strontium ultra froids à une cavité en anneau miniaturisée afin d’obtenir un couplage homogène entre l’ensemble atomique et la lumière du résonateur optique. Cette thèse se concentre sur la description des systèmes laser et à vide servant à produire l’ensemble d’atomes de strontium ultra froids, tout en prenant en compte les considérations liées à la cavité prête à être intégrée au montage expérimental. Son design compact est basé sur une source effusive d’atomes émettant vers une cellule en verre ayant un grand accès optique. Afin de réduire la longueur et la complexité du système à vide, les opérations de ralentissement et de piégeage magnéto-optique sont réalisées avec le même assemblage de bobines. Les nuages ultra froids réalisés sur deux transitions optiques du strontium à 461 et 689nm sont également caractérisés.