Thèse en cours

Contrôle de l'émission spontanée d'atomes de Rydberg pour la réalisation d'un simulateur quantique
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Auteur / Autrice : Guillaume Cœuret Cauquil
Direction : Igor Dotsenko
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Physique
Date : Inscription en doctorat le 01/09/2021
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Kastler Brossel (Paris ; 1998-....)
établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)

Mots clés

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Résumé

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L'objectif du groupe de QED en cavité (laboratoire Kastler-Brossel, Paris) est la réalisation, à terme, d'un nouveau type de simulateur quantique basé sur une chaine d'atomes de Rydberg circulaires, ainsi que son étalonnage sur le diagramme de phase d'une chaine de spin à une dimension. Le projet est détaillé dans un article publié en 2018: Phys. Rev. X 8, 011032 (2018). Les niveaux circulaires possèdent un nombre quantique principal élevé ainsi que des nombres quantiques magnétique et azimutal maximum. Ces états, combinés aux propriétés des atomes de Rydberg, permettent d'obtenir une structure de niveaux énergétiques simple ainsi que des temps de vie intrinsèques bien plus longs. Ces propriétés font des atomes de Rydberg circulaires de très bons candidats pour effectuer des simulations de systèmes de matière condensée, ces derniers étant actuellement hors de portée des super-ordinateurs actuels, basés sur des calculs classiques. Cependant, la réalisation de chaine d'atomes suffisamment longue (autour de 40 atomes) pour une application efficace à la simulation quantique nécessite des temps de vie encore plus longs, de l'ordre de plusieurs minutes. Cet objectif peut être atteint par la combinaison de deux étapes: la réalisation d'une chaine d'atomes de Rydberg piégés aux minima d'intensité d'un faisceau laser, par le biais d'une force pondéromotrice exercée sur les électrons quasi-libres, ainsi que l'allongement du temps de vie des atomes, obtenu en plaçant la chaine dans une capacité faite de deux plans parallèles, avec un espacement de l'ordre du millimètre, permettant ainsi l'inhibition de la relaxation spontanée. L'objectif principal du projet de thèse sera le piégeage prolongé et la protection efficace de la chaîne d'atome au sein d'un environnement cryogénique. La première moitié de la thèse consistera en la réalisation du montage expérimental à partir d'un cryostat à Helium-3 actuellement utilisé. Ce dernier doit être adapté et testé afin de pouvoir accueillir le nouveau montage expérimental, combinant la physique des atomes froids avec la manipulation d'atomes de Rydberg et de composants issus de la QED. La seconde partie du projet sera consacrée au développement et l'adaptation des protocoles expérimentaux utilisés pour le piégeage et la détection des atomes. Si l'inhibition à froid d'un atome seul est atteinte avant la fin des trois années de thèse, le projet se poursuivra naturellement par la préparation et protection d'une chaine longue d'atomes 1D de quelques dizaines d'atomes.