VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
Table des matières
Introduction 9
I Mémoire Quantique et Ions Piégés : Panorama Général 13
1 Mémoire quantique 15
1.1 Information et mémoire quantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.1.1 Information quantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.1.2 Communication quantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.1.3 Répéteur quantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.1.4 Mémoire quantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2 Description lumière-matière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.2.1 Opérateurs adaptés aux variables continues . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.2.2 Opérateurs ”lumière” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.2.3 Opérateurs ”matière” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.3 Protocoles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.3.1 Protocole en X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.3.2 Protocole de rephasage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.3.3 Protocole en Λ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2 Piéger et Refroidir des Ions 37
2.1 Principe du piège de Paul linéaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.1.1 Première approche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.1.2 Confinement d’un ion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.1.3 Ensemble d’ions piégés : description statistique . . . . . . . . . . . . . 43
2.1.4 Température, densité, volume et nombre d’ions . . . . . . . . . . . . . 47
2.2 Refroidissement d’ion alcalino-terreux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.2.1 Atome à deux niveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.2.2 Refroidissement Doppler d’ions piégés . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3 Techniques Expérimentales 59
3.1 Piège de Paul linéaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.2 Ionisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.2.1 Création d’une vapeur neutre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.2.2 Techniques d’ionisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.3 Techniques de refroidissement avancées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.3.1 Refroidissement par bandes latérales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
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