VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
70 CHAPITRE 3. TECHNIQUES EXPÉRIMENTALES
de charger les diélectriques proches du piège, et d’autre part plus de filament de tungstène
chauffé qui dégrade la qualité du vide. Ensuite il est possible d’obtenir des taux de création
d’ions identiques à ceux de la méthode de bombardement pour des flux atomiques moins
importants. Il est difficile de déterminer expérimentalement le gain en ”efficacité d’ionisation”,
car si on peut connaître parfaitement les faisceaux lumineux de photoionisation, la
caractérisation de la trajectoire et de l’intensité du faisceau d’électrons est très compliquée.
Un autre avantage est la sélectivité spatiale de la technique optique, car les ions sont produits
uniquement sur le trajet du faisceau. On peut en particulier focaliser le faisceau sur le centre
du piège de sorte que les ions soient générés avec une énergie potentielle faible devant la
profondeur du puits. Enfin cette méthode montre une excellente sélectivité chimique, ce qui
permet de générer des nuages d’un seul élément voire d’un seul isotope. En effet, les écarts
isotopiques (de l’ordre de plusieurs centaines de MHz) sur la première transition sont souvent
supérieurs à la largeur naturelle du niveau, ce qui permet de n’exciter qu’un seul isotope. Cela
suppose que l’élargissement inhomogène sur les transitions utilisées, principalement dû à l’effet
Doppler, soit faible devant l’écart isotopique. Dans [129] les atomes étant générés à une
température d’environ 600 K, correspondant à un élargissement Doppler de plusieurs GHz,
bien au delà les écarts isotopiques. Le faisceau atomique est diaphragmé par les électrodes
du piège, limitant le rayon de la section du faisceau atomique à 1.7 mm à 22 mm du four.
Ceci réduit la largeur de la distribution des vitesses transverses et en plaçant les faisceaux
lumineux à angle droit du flux atomique, la largeur spectrale du taux d’ionisation mesuré est
inférieure à 100 MHz, suffisante pour obtenir une sélectivité dans le chargement des isotopes.
Dans [134], une technique d’ionisation un peu différente a été adoptée. Des atomes neutres
d’Ytterbium produits par méthode thermique sont chargés dans un piège magnéto-optique
(MOT) qui est superposé spatialement à la zone de confinement d’un piège microfabriqué.
Le MOT est ensuite éclairé par deux lasers pour photoioniser les atomes, immédiatement
confinés dans le piège. L’intérêt d’une telle méthode tient à son grand taux d’ionisation,
grâce à la forte densité atomique dans le MOT, de l’ordre de 4 × 10 5 ions/seconde et de trois
ordres de grandeur supérieur aux taux mesurés dans d’autres expériences. Cette méthode
semble particulièrement bien adaptée à l’étude de collisions atome-ion et au chargement rapide
de pièges. En particulier une architecture d’ordinateur quantique utilisant un réseau de
100 × 100 pièges à un ion faiblement couplés pourrait être chargée en moins d’une seconde
contre plusieurs heures avec les autres techniques disponibles.
3.3 Techniques de refroidissement avancées
On esquisse dans cette section le principe et les performances des méthodes de refroidissement
laser permettant de dépasser les limites de température associées au refroidissement
Doppler. Il s’agit du refroidissement par bandes latérales résolues, du refroidissement Raman
par bandes latérales ainsi que deux autres techniques. Pour beaucoup d’entre elles, il s’agit
de ”ground state cooling method” (GSC) c’est à dire qu’elles permettent de placer les ions
dans les niveaux vibrationels les plus faibles avec une très grande probabilité. Elles sont associés
à des expériences impliquant un faible nombre d’ions fortement confinés. Ces méthodes
supposent souvent que l’on puisse résoudre spectroscopiquement les niveaux vibrationnels de
l’ion piégé, et consistent en une série d’itérations, dont chacune réduit le niveau vibrationnel
de l’ion d’une unité.
On considère un ion piégé caractérisé par deux niveaux électroniques (|f et |e ) et un niveau
vibrationnel (|n ) . Les méthodes de refroidissement peuvent être expliquées en utilisant deux