VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
3.1. PIÈGE DE PAUL LINÉAIRE 63
ses niveaux vibrationnels radial et longitudinal et on cherche à se placer dans les niveaux les
plus faibles. On utilise pour cela la technique du refroidissement par bande latérale [111][112]
dans le régime de Lamb-Dicke qui est d’autant plus facile à mettre en oeuvre que les niveaux
sont espacés. On cherche donc à travailler avec des raideurs du potentiel très élevées,
la raideur radiale étant beaucoup plus importante que la raideur axiale car on travaille avec
des chaînes (pour limiter le micromouvement et le chauffage RF). La raideur radiale est
caractérisée par la fréquence ωr/2π du mouvement donnée par l’équation 2.5. Dans le cas
courant où q ≪ a, az :
ωr = q
√ 2 ωRF
Le facteur q est majoré, donc si on souhaite une fréquence radiale très forte, il faut travailler
avec ωRF aussi élevé que possible. Mais comme on l’a souligné au paragraphe précédent, q
doit rester borné ce qui impose de travailler à plus haute amplitude RF ou à plus faible valeur
de R. Cette fois, on peut choisir R très faible mais mécaniquement il est difficile d’assembler
des pièges sub-millimétriques. Pour donner un ordre de grandeur de ces paramètres, on utilise
les valeurs de [113] : ωRF = 23.5 MHz, VRF = 3 kV, R = 0.8 mm, on calcule pour l’ion
calcium, un paramètre q = 0.3 et une fréquence radiale ωr = /2π × 5 MHz.
Concernant le piégeage longitudinal, une raideur importante peut empêcher d’adresser individuellement
les ions par un faisceau laser. Le critère consiste dans ce cas à maintenir une
distance entre deux voisins supérieure au waist du laser d’interaction, typiquement d’un facteur
2. Les longueurs d’onde utilisées étant rarement hors du visible, il est possible d’obtenir
un waist de l’ordre de quelques microns, compatible avec la distance inter-ion de 2 à 20 µ m
dans ces expériences. Il est difficile de donner la gamme de fréquences axiales et les tension
des endcaps correspondantes puisque les premières dépendent de la masse de l’ion et les secondes
du facteur géométrique κ introduit à l’équation 2.4 à la page 42. Dans le cas des ions
Ca + [113], la raideur longitudinale est de 1.2 MHz et les tensions sont de l’ordre du kilovolt.
On peut en déduire une estimation du facteur géométrique : κ = mω2 zZ 2 0
eVend = 3, 6.10−3 .
La réalisation de pièges de faibles dimensions soulève un problème de précision mécanique.
Si les pièces doivent être précises en dimension et position à quelques pourcents pour générer
un potentiel satisfaisant, alors le dispositif doit être construit avec une tolérance de quelques
dizaines de microns. Toujours dans le cas du piège d’Innsbrück, la précision atteinte se situe
entre 5 et 10 microns [114].
Dans ces pièges, il est crucial que l’axe de minimum de potentiel moyen soit réglé sur l’axe du
zéro de potentiel RF et que l’on n’ait pas besoin de reprendre ce réglage au cours du temps.
Des électrodes de compensation sont ajoutées et on minimise au maximum la quantité de
céramique isolante qui soutient l’architecture. Le piège d’Innsbrück (voir figure 3.3) est soutenu
par deux pièces en céramiques placées sur l’axe du piège. Elles supportent chacune les
quatre lames pointant vers le centre du piège qui jouent le rôle des électrodes de piégeage
transverse en plus d’une electrode endcap qui est un barreau taillé pointant vers le nuage.
Les bouts des endcaps sont séparés de 5 mm et sont presque au contact des autres électrodes,
de façon à ce que les pièces isolantes qui se trouvent à 15 mm de la zone de piégeage soient
écrantées. On peut remarquer que les endcaps bloquent l’axe du piège, interdisant d’orienter
les lasers de refroidissement dans cette direction. Trois électrodes de compensation sont
portées par les deux céramiques Toutes les électrodes sont en acier faiblement magnétique à
l’exception des endcaps qui sont en molybdène.
Pour réaliser des pièges plus petits, le recours à des techniques de micro-fabrication devient
indispensable.