VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
30 CHAPITRE 1. MÉMOIRE QUANTIQUE
Dans cette équation pous assurer ∆ ˜ 2 Nat
Jx < 4 le terme A doit être négatif. Cela signifie
que si l’on choisit d’observer des couples de spins dans la direction x, on mesurera plus
souvent des spins de sens différent. On peut suivre le même raisonnement pour la direction
y, et l’observation de couples de spins dans cette direction donnera plus souvent des spins de
même sens.
1.3 Protocoles
Le milieu atomique support d’une mémoire idéale doit pouvoir absorber toute l’information
contenue dans l’impulsion, la conserver sans la perdre, puis la restituer au moment voulu.
L’interaction lumière-milieu implique au moins une transition atomique et la longueur d’onde
de l’impulsion doit correspondre plus ou moins à la résonance de cette transition. Pour approcher
la problématique du stockage, on considère dans un premier temps le cas résonant. Les
photons seront absorbés directement s’il y a suffisamment d’atomes et si la largeur spectrale
de l’impulsion est contenue dans la bande d’absorption. Cette deuxième condition implique
que la durée de l’impulsion est plus importante que la durée typique de désexcitation. Les
premiers atomes dans le niveau supérieur se désexciteront avant que l’impulsion n’ait traversé
le milieu, faisant perdre une partie de l’information.
Deux stratégies ont été développées, l’une mettant en jeu un troisième niveau métastable et
l’autre où on travaille avec un grand désaccord. La première solution est utilisée dans les
protocoles de repahasage et les protocoles en Λ. Les protocoles de rephasage consiste à utiliser
un milieu absorbant, dont l’élargissement inhomogène est contrôlé. L’impulsion est absorbée,
convertie en excitation atomique de longue durée de vie, puis toutes les étapes d’écriture
sont ”inversées” pour recréer l’impulsion initiale. Dans le protocole en Λ, le milieu atomique
est rendu transparent et fortement dispersif, de sorte que l’impulsion sans être absorbée est
ralentie, voire arrêtée. En levant cette forte dispersion, l’impulsion est accélérée puis sort du
milieu atomique. La seconde solution est utilisée dans le protocole en X qui fait appel au
couplage entre le moment magnétique du milieu et la polarisation lumineuse et qui permet
d’ajouter aux fluctuations atomiques les fluctuations de polarisation lumineuse.
La performance d’une mémoire se juge sur la fidélité de l’état quantique restitué à l’état initial
en terme d’énergie et de forme, sur la durée maximale de conservation de l’état, et enfin
sur la bande passante c’est à dire la largeur spectrale maximale de l’impulsion lumineuse.
Pour une référence sur les protocoles de mémoires en Λ et procédures de rephasage, voir par
exemple [55].
Un paramètre important qui pondère l’interaction lumière-matière est l’épaisseur optique Ep.
Il s’agit d’un coefficient qui caractérise l’absorption d’un faisceau lumineux dans le milieu et
définie par Ep = ln IIN
IOUT
où I est l’intensité lumineuse. Ce terme est égal à Ep = σ
A Nat, où
σ est la section efficace de collision entre un photon et un atome, A la section du faisceau,
Nat le nombre d’atomes. Lorsqu’on se trouve à résonance, au maximum d’absorption cette
expression devient Ep = α λ2
A Nat, avec α une constante. Dans les protocoles de mémoire, la
bonne qualité du transfert et de la restitution dûe l’état quantique est souvent liée à une
épaisseur optique forte.