Contrôle actif d’un ensemble d’atomes

18 juillet 2013

SYRTE - UMR 8630 , LP2N - UMR 5298 , LCF - UMR 8501

Des physiciens viennent d’utiliser une méthode de rétroaction active, pour d’une part contrôler l’état interne d’atomes froids piégés, et d’autre part protéger de la destruction par les perturbations extérieures la superposition quantique d’états ainsi créée.


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Maintenir un système physique dans un état choisi nécessite de mesurer régulièrement l’état de ce système puis d’agir sur ce dernier pour le ramener vers l’état souhaité. Lorsque le système en question est l’état interne d’un ensemble d’atomes, la physique quantique vient compliquer la tâche, car la mesure effectuée perturbe le système observé. Des physiciens du Laboratoire Charles Fabry (CNRS/IOGS), du SYRTE (CNRS/Observatoire de Paris/UPMC) et du Laboratoire photonique, numérique et nanosciences - LP2N (CNRS/IOGS/Université de Bordeaux) ont eu raison de cette difficulté en mettant en œuvre une détection non destructive de l’état des atomes ajustée de sorte que sa précision soit trop faible pour induire une réduction du paquet d’ondes, mais néanmoins suffisante pour mesurer l’état moyen du système. Ils ont ainsi protégé des perturbations externes l’état interne d’un ensemble d’atomes de rubidium 87. Ce travail est publié dans la revue Physical review letters.

Les chercheurs ont tout d’abord refroidi et piégé des atomes de rubidium 87. Ils ont préparé des atomes dans une superposition cohérente de deux sous-niveaux hyperfins de l’état fondamental à l’aide d’une impulsion de rayonnement microonde de fréquence 6,8 GHz. Les physiciens ont alors mesuré, avec un faisceau laser sonde, la différence de population entre ces deux sous-niveaux et utilisé cette mesure pour corriger l’écart à l’état dans lequel ils souhaitaient maintenir ces atomes. Ils ont alors étudié le compromis entre le caractère destructeur de la détection et sa précision, et en exposant les atomes à divers bruits synthétiques, ils en ont déduit qu’en dépit d’une destructivité résiduelle, le dispositif améliore la cohérence d’un ensemble d’atomes dans une superposition d’états quantiques. Les chercheurs travaillent d’ores et déjà à l’utilisation de cette nouvelle technique au sein de senseurs à base d’interféromètres atomiques. Cela permettrait par exemple d’augmenter le temps d’interrogation, et donc la sensibilité, des horloges atomiques.

: Un ensemble d’atomes ultra-froids dans un état de superposition quantique, symbolisé par l’orientation de la flèche, est protégé des perturbations extérieures. L’état est mesuré de manière non-destructive grâce à un faisceau laser, puis un contrôle actif utilisant une antenne micro-onde corrige l’orientation des atomes si nécessaire.

En savoir plus

Feedback Control of Trapped Coherent Atomic Ensembles, T. Vanderbruggen¹, R. Kohlhaas¹, A. Bertoldi^1,3, S. Bernon¹, A. Aspect1¹, A. Landragin², P. Bouyer^1,3,
Physical Review Letters 110, 210503 (2013)

Retrouver l’article en libre accès sur la base d’archives ouvertes arXiv