VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
62 CHAPITRE 3. TECHNIQUES EXPÉRIMENTALES
Pour assurer la stabilité de l’espèce on doit assurer q < 0.9, et si on souhaite une densité
maximale très forte il faut travailler avec ωRF élevée. Augmenter ce paramètre va modifier
le facteur q :
q ∝ VRF
R 2 ω 2 RF
Pour garder la stabilité de l’espèce tout en augmentant ωRF , on devra travailler à plus haute
amplitude VRF ou plus faible dimension transverse du piège R. Mais diminuer R c’est diminuer
le volume de la zone de piégeage et cela pondère le nombre total d’ions que l’on peut espérer
piéger. En conséquence, pour obtenir le nombre d’ions souhaités il faut travailler à haute
fréquence et haute amplitude pour le champ de piégeage, et à un rayon interne suffisamment
grand . L’amplitude VRF est difficilement supérieure au kV en raison des effets capacitifs des
passages de courant ultra vide 3 , ce qui fixe la limite supérieure de nmax
On peut illustrer cette analyse sur l’exemple du piège avec cavité de Aarhus. Il s’agit d’un
piège à barreaux zonés (voir figure 3.2) qui fonctionne avec les caractéristiques suivantes :
R = 2.35 mm, ωRF = 2π ×4 MHz, Z0 = 2.5 mm, κ = 0.342, m = 6, 4.10 −26 kg (ion Calcium).
Pour VRF = 300 V et Vend = 1.7 V, q vaut 0.2. La fréquence radiale vaut alors 600 kHz et
la fréquence longitudinale 120 kHz. Ces valeurs correspondent à une densité limite de 6.10 14
ions/m 3 , densité qui est environ atteinte pour un nuage elliptique de 80 000 ions long de 3 mm
et large de plusieurs centaines de microns [100]. La structure de maintien a été réalisée dans
une pièce de céramique isolante (macor) monolithique dans laquelle s’insèrent des barreaux de
verre à faible coefficient d’expansion thermique (zerodur) [110] (voir figure 3.2). Sur chaque
barreau, on enfile les trois électrodes dont la direction est fixée par le verre et la position
mécaniquement fixée par la céramique et la longueur des barreaux. La précision atteinte est
inférieure à 10 microns. Chaque électrode est percé d’un trou fileté qui peut accueillir une vis
portée à la tension souhaitée, et placée côté extérieur.
Fig. 3.2 – Clichés du montage piège d’Aarhus à barreaux zonés, on distingue le bloc monolithique
de céramique dans lequel coulissent les barreaux de verre qui maintiennent les
électrodes en cuivre recouvertes d’or. Cliché extrait de la thèse P. Herskind [110]
Pièges assemblés à faible nombre d’ions Les domaines d’application de ces pièges
sont l’information quantique notamment la réalisation de portes quantiques, l’électrodynamique
en cavité ou la métrologie. La dimension de ces pièges est millimétrique : le rayon interne du
piège R se trouve typiquement entre 100 µm et 1mm et les endcaps sont séparées de plusieurs
millimètres. Cette exiguïté s’explique par des raisons de refroidissement. Il s’agit dans
ces expériences de produire une chaîne d’ions dont chaque élément est au repos quasi-total.
Dans une description quantique du système contenant N ions, la chaîne est caractérisée par
3 De hautes tensions (1 kV) à très haute fréquence (240 MHz) ont néanmoins été déjà obtenues
[109] avec un résonateur qui se trouvait à l’intérieur de la chambre à vide