VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
72 CHAPITRE 3. TECHNIQUES EXPÉRIMENTALES
D qui réduit le temps passé dans le niveau métastable. La procédure pour atteindre les
températures les plus basses, commence par un refroidissement Doppler, qui aboutit à un
niveau vibrationnel moyen n = 12. On applique ensuite le refroidissement par bandes
latérales pour aboutir à n = 0.05. La mesure de n dans le régime n ≪ 1 s’effectue à
partir d’une spectroscopie des bandes latérales : l’amplitude de la résonance pour la première
bande latérale rouge vérifie la proportionalité Sr ∝ n et l’amplitude de la résonance pour
la première bande latérale bleue Sb ∝ n + 1, et donc n = Sr
Sr+Sb .
3.3.2 Refroidissement Raman par bandes latérales
La technique du refroidissement Raman consiste à exciter une transition à deux photons
entre deux niveaux électroniques avec là encore une perte d’un niveau vibrationnel de l’ion.
Cette méthode [135] implique trois niveaux électroniques, un niveau supérieur qui n’est pas
peuplé durant l’opération et deux niveaux inférieurs qui sont couplés par une transition à deux
photons. Si la largeur de la résonance à deux photons est plus faible que ωx, on est capable
de résoudre les bandes latérales. On peut alors exciter une transition où l’énergie d’un niveau
vibrationnel est échangée avec le champ lumineux. La procédure consiste à pomper les atomes
dans le niveau à partir duquel la transition Raman diminue le niveau vibrationnel d’une unité,
à effectuer la transition de manière stimulée, avant de repomper à nouveau les atomes dans le
niveau de départ, l’opération de repompage ne devant pas modifier les niveaux vibrationnels.
Expérimentalement, cette méthode a été réalisée sur un ion 9 Be + contenu dans un piège de
Paul alimenté par une tension RF de 600 V à 230 MHz de sorte que ωx 15 MHz [136]. Le
refroidissement Doppler porte l’ion dans un niveau moyen n = 1. Le refroidissement Raman
utilise les niveaux métastables hyperfins |F = 2, m = 2 et |F = 1, m = 1 du fondamental
2 S1/2 et le niveau 2 P 1/2. L’ion est pompé dans le niveau |F = 2, m = 2 , et est porté au
niveau |F = 1, m = 1 par la transition Raman stimulée désaccordée sur la première bande
latérale rouge. Cette opération est répetée jusqu’à cinq fois. Le niveau moyen final obtenu
atteint n = 0.03.
3.3.3 Autres techniques
Refroidissement EIT La méthode de refroidissement utilisant la transparence
électromagnétiquement induite a été proposée dans [137] et réalisée pour la première fois
dans [138]. Il s’agit d’une méthode de GSC dont la réalisation expérimentale est plus simple
que pour les deux précédentes techniques, la durée plus faible et la température limite plus
basse. Chaque itération du processus de refroidissement correspond comme précédemment
au parcours |f |n → |e |n − 1 → |f |n − 1 , qui est exalté par l’interférence quantique de
l’EIT. Le principe est d’annuler la probabilité de transition |f |n → |e |n , ce qui permet
de supprimer la source de chauffage associée à la désexcitation |e |n → |f |n + 1 .
Dans un schéma à trois niveaux atomiques en Λ, identique à celui présenté pour le refroidissement
Doppler, les transitions sont éclairées par deux lasers, l’un d’intensité supérieure
à la saturation, c’est le laser de couplage (son désaccord est noté ∆c), l’autre en dessous
de la saturation, le laser de refroidissement (son désaccord est noté ∆r). On choisit pour le
laser de couplage un désaccord positif égal à la largeur du niveau excité. De cette manière,
le spectre d’absorption du laser de refroidissement comporte deux pics (figure3.8. Dans le
formalisme de l’atome habillé appliqué à l’EIT, lorsque le désaccord du laser de couplage
est important devant la largeur du niveau excité, les pics d’absorption correspondent aux