Intrication multi-mode de plusieurs particules dans l'espace des vitesses

Multi-mode, multi-particle entanglement in momentum space

• Auteur / Autrice : Léa Camier
• Direction : Denis Boiron, Christoph Westbrook
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et Matière
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Charles Fabry
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Gaz Quantiques
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Institut d'Optique

Mots clés

Mots clés libres

Intrication

Correlation

Atome

Helium

Bell

Entanglement

Correlation

Atom

Helium

Bell

Résumé

Notre groupe a perfectionné un interféromètre à deux particules pour démontrer l'intrication en vitesse de deux atomes neutres en chute libre [Dussarrat]. Ce type d'interféromètre est adapté pour démontrer la violation d'une inégalité de Bell si son contraste est suffisant. Pour mener ce projet, nous avons déjà amélioré notre dispositif pour réduire le temps de cycle, améliorer la stabilité et la qualité de la source d'atomes corrélés ainsi que le détecteur d'atomes uniques résolu en temps et en espace. Un premier jeu de données devrait avoir lieu avant le début de la thèse. La prochaine étape, constituant le cœur du projet de thèse, sera d'étudier l'intrication avec plus de particules et dans plus de modes. Un mélange à quatre ondes de matière crée dans notre montage un état intriqué constitué de paires de modes (-p,p). En se focalisant sur un quadruplet (-p,-q,q,p) nous avons construit un interféromètre à deux particules où les miroirs et séparatrices sont réalisés par une diffraction de Bragg dépendante du temps. Alors que tous les éléments de l'expérience sont déjà opérationnels et qu'un premier jeu de données devrait être pris avant l'été, des améliorations ainsi que l'exploration de nouveaux régimes de paramètres sont au cœur du projet de thèse. Nous avons déjà améliorer les performances de la diffraction de Bragg, en particulier pour la séparatrice. Le miroir est pour le moment moins performant et un nouveau protocole sera mis en place au début de thèse. De plus, un asservissement de la phase absolue des séparatrices permettra d'observer une violation plus stricte de l'inégalité de Bell. Au niveau de l'état intriqué, la taille spatiale du condensat de Bose-Einstein dont on part définit la taille des modes en vitesse et par ce biais le nombre de modes accessibles dans l'expérience. La population de ces modes est contrôlée via la durée du mélange à quatre ondes. Ceci permet donc d'étudier l'intrication sur plus de 4 modes et une gamme plus ou moins large de population par modes. La mesure de l'intrication utilisera d'autres outils tels qu'une inégalité de Bell proposé par [Kitzinger] et la mesure de fonctions de corrélation d'ordre plus élevé que 2. Une étude théorique/numérique sera à faire. Notre approche du problème à N-corps est donc du type « bottom-up » partant vers une situation où la théorie est bien établie vers des situations encore largement inexplorées de l'intrication N-corps N-modes.

Our group has been perfecting a two particle interferometer to demonstrate the entanglement of two freely falling neutral atoms in their motional degrees of freedom [Dussarrat]. With sufficient contrast this interferometer can test a Bell inequality. To carry out this program of research we have been steadily improving our apparatus to decrease its cycle time, its reproducibility and the quality of our correlated particle state as well as the single-particle detector. We plan a first data collection before the beginning of the thesis. The next step in this program of research will be to investigate entanglement of more than two particles and more than four modes. An atomic four wave mixing effect creates atoms in a entangled state constituted of several pairs of mode labeled (-p,p). Picking a quadruplet (-p, -q,q,p) we have built a two-particle interferometer where mirrors and beam-splitter are produced through a time-dependent stimulated Bragg diffraction. Whereas all the elements are in place and a first data run is expected to take place this summer, improvements and new parameter regimes will be at the heart of the PhD project. We have already improved the performance of these Bragg diffractions, especially for the beam-splitter, but the mirror will be optimized as first objective of the thesis. A absolute phase stabilization will also be implemented using a servo-loop. Concerning the entangled state, we will study the entanglement for several mean population per mode. The “standard” Bell inequality will be capture the entanglement in this regime but we will consider the proposal of [Kitzinger] which should be suited. We will also look at entanglement of different quadruplets and look at the entanglement between these quadruplets. We will in particular look at correlation of order larger than 2 to catch-up the entanglement. The combination of these studies constitutes a bottom-up approach to the spreading of entanglement of an N-body state.