VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
Conclusion
La réalisation d’une mémoire quantique constitue une nécessité impérative pour la mise
en œuvre de répéteur quantique et l’augmentation de la portée des réseaux de communication
quantique. La démarche relève également d’enjeux plus fondamentaux portant sur l’obtention
d’un milieu atomique présentant conjointement une profondeur optique très importante et
un très long temps de cohérence. C’est précisément sur la production d’un tel milieu qu’a
porté ce travail de thèse, un grand cristal d’ions Sr + confinés dans un piège de Paul linéaire
et soumis au refroidissement Doppler.
Le pari scientifique à l’origine de ce projet est de générer des cristaux suffisamment denses
et froids pour présenter une profondeur optique appréciable tout en conservant des longs
temps de cohérence tels qu’on peut les mesurer dans des petites chaînes d’ions. Le sujet de
cette thèse porte donc sur la production et la caractérisation de très grands ensembles d’ions
dans le régime cristallin, un sujet original en France et relativement peu répandu à l’étranger.
Avancées expérimentales Au début de cette thèse, seul le confinement des ions avait
été démontré dans le premier piège à ions de dimensions centimétriques. La mise en œuvre du
refroidissement d’ions Sr + a permis de générer un signal de fluorescence suffisamment important
pour apporter la preuve du refroidissement, caractériser et imager les nuages produits.
Les informations extraites à partir de ce signal ont permis d’identifier le régime thermodynamique
du nuage, apportant la preuve que le régime cristallin n’était pas atteint.
Une nouvelle technique de photo-ionisation basée sur l’absorption simultanée de deux photons
de même longueur d’onde a été développée. Sa caractérisation et sa comparaison avec
une technique plus traditionnelle de bombardement électronique a fait l’objet d’un article.
Elle a permis d’atteindre un régime de chargement beaucoup plus favorable de sorte que le
nombre maximal d’ions piégés a été nettement augmenté.
Le dessin, la simulation, la fabrication et finalement la mise en place d’une seconde version
du piège de Paul linéaire a permis d’atteindre un régime cristallin de forte densité et de
basse température. Le système d’imagerie a permis d’identifier clairement ce régime et de
déterminer les caractéristiques des grands cristaux.
Pour un régime de faible chauffage et de potentiel moyen très raide, la population dépasse
plusieurs millions d’ions. Compte tenu de la section efficace d’absorption, on attend alors une
profondeur optique de l’échantillon un peu inférieure à 10%.
Perspectives Les efforts expérimentaux pour réaliser un milieu optiquement dense ont
mené à une profondeur optique notable et ont aussi permis d’identifier les paramètres expérimentaux
d’influence.
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