Mesures quantiques non-destructives et préparation d`états non

SOCIETE FRANCAISE
DE PHYSIQUE
Section Locale
ALSACE
Conférence
sur le thème distingué par le
prix Nobel de physique 2012
Sébastien GLEYZES
Equipe de M. Serge HAROCHE, laboratoire Kastler-Brossel, École Normale Supérieure, Paris
Mercredi 6 février 2013 à 17h30
Amphithéâtre Fresnel de l'UFR de Physique et Ingénierie
3, rue de l'Université 67000 STRASBOURG
Mesures quantiques non-destructives
et préparation d'états non-classiques de la lumière
L’électrodynamique quantique en cavité est un système naturel pour
l’étude des propriétés fondamentales de la lumière. Dans notre
expérience, nous « piégeons » des photons micro- onde dans le mode
d’une cavité supraconductrice de très haute finesse. Le grand temps de
vie des photons dans le résonateur, de l’ordre 0,1 seconde, permet de
les observer à l’aide d’atomes de Rydberg circulaires qui traversent un
par un le mode de la cavité. Chaque atome effectue une mesure
quantique non destructive (QND) du nombre de photons dans la cavité
basée sur l’interaction dispersive de l’atome et du champ. Les atomes
de Rydberg sont comme de petites horloges atomiques dont la fréquence
va être ralentie par la présence de photons dans la cavité. Le retard
qu’elles accumulent est proportionnel à l’intensité du champ. En
mesurant ce retard grâce à un interféromètre de Ramsey, on peut en
déduire, sans les détruire, le nombre de photons dans le résonateur.
La mesure QND du nombre de photons permet ainsi de préparer et de caractériser des états non
classiques de la lumière. Mesurer le nombre de photons d’un état cohérent projette l’état du champ sur
un état nombre (état de Fock). Une fois l’état préparé, des mesures QND successives (associées à des
déplacements dans l’espace des phases réalisés grâce à des impulsions classiques de micro-onde) vont
permettre de reconstruire la matrice densité de l’état du champ dans la cavité. En utilisant cette méthode,
nous avons pu mesurer la fonction de Wigner d’états de Fock, et observer la décohérence progressive
d’un état de type chat de Schrödinger.
Enfin, associée à des algorithmes de rétroaction quantique, la mesure QND du nombre de photons nous
permet maintenant de préparer de façon déterministe des états de Fock. Chaque atome de Rydberg
individuel ne faisant qu’une mesure partielle du nombre de photons, il est possible de rétroagir sur l’état
du champ entre deux paquets atomiques successifs afin de forcer la convergence de l’état du champ vers
un nombre de photon décidé à l’avance. Une fois le champ projeté sur l’état de Fock voulu, notre
algorithme protège cet état de la décohérence en détectant les sauts quantiques vers d’autres états et en
les compensant. Grâce à cette méthode, nous avons pu préparer et maintenir dans le mode de la cavité
des états de Fock contenant jusqu’à 7 photons.
Avant la conférence, à 17h : thé, café et petits gâteaux