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Première mise en évidence du blocage dipolaire dans l’excitation laser d’atomes de Rydberg.
28 août 2007
Les physiciens savent travailler avec des atomes individuels, lorsqu’ils sont isolés dans un gaz peu dense. Leur objectif maintenant est d’agir sur un atome individuel se trouvant au sein d’un ensemble dense d’atomes. L’une des perspectives est de réaliser des portes quantiques qui fourniraient les ingrédients de base pour un ordinateur quantique, tel qu’on peut l’imaginer aujourd’hui. Un processus élémentaire à mettre en œuvre pour réaliser une porte quantique est par exemple de réaliser l’excitation conditionnelle d’un atome selon l’état d’excitation de son voisin. L’un des systèmes envisagé repose sur l’utilisation d’atomes de Rydberg. Ces atomes, dont un électron est dans un état très excité, ont fait l’objet de beaucoup d’intérêt dans les années quatre-vingt, en particulier pour l’étude de leurs propriétés extrêmes liées à leur grande taille (typiquement de l’ordre du micromètre). Ils peuvent être obtenus en laboratoire à l’aide d’un laser dont la longueur d’onde permet de choisir l’état d’excitation.
En utilisant un nuage d’atomes froids, une équipe du laboratoire Aimé Cotton vient de mettre en évidence un phénomène potentiellement intéressant pour la réalisation d’une porte quantique avec des atomes de Rydberg : le phénomène du blocage dipolaire induit par champ électrique. Le blocage dipolaire repose la grande sensibilité que peut présenter dans certaines configurations, un atome de Rydberg à la présence d’un (ou plusieurs) atome de Rydberg proche voisin. Si l’on considère une paire d’atomes, l’excitation d’un premier atome sur un état de Rydberg engendre un déplacement d’énergie de l’état de Rydberg du second atome pouvant empêcher son excitation – base du processus d’excitation conditionnelle. Ce résultat se généralise à une assemblée plus large d’atomes. La présence d’un faible champ électrique crée pour chaque atome de Rydberg un dipôle électrique permanent pouvant correspondre à plusieurs milliers de fois celui que peut présenter une molécule ! L’interaction dipôle – dipôle entre deux atomes de Rydberg présente alors une portée de l’ordre d’une dizaine de micromètres. Par blocage dipolaire, l’excitation résonante à l’aide d’un laser d’un ensemble d’atomes froids sur un état de Rydberg se trouve alors limitée à celle d’un seul atome de Rydberg dans un volume dont la dimension est celle de la portée de l’interaction. De nombreuses applications de ce phénomène peuvent être considérées, par exemple l’excitation contrôlée d’un nombre d’atomes bien défini…
En savoir plus
Electric-field induced dipole blockade with Rydberg atoms, Thibault Vogt, Matthieu Viteau, Amodsen Chotia, Jianming Zhao, Daniel Comparat et Pierre Pillet, Physical Review Letters, arXiv : physics/0703102
Contact
Pierre Pillet,, Directeur de Recherche, pierre.pillet lac.u-psud.fr
Daniel Comparat, Chargé de Recherche, daniel.comparat lac.u-psud.fr
Contact département
Jean-Michel Courty, jean-michel.courty cnrs-dir.fr
Karine Penalba, karine.penalba cnrs-dir.fr
Informations complémentaires
Dipole blockade at Forster resonances in high resolution laser excitation of Rydberg cesium atoms, T. Vogt, M. Viteau, J. Zhao, A. Chotia, D. Comparat et P. Pillet, Phys. Rev. Lett.97, 083003 (2006), arXiv : physics/0603038.
Le laboratoire Aimé Cotton est Unité Propre de Recherche du CNRS, associée à l’Université Paris-Sud.
Site du laboratoire : http://www.lac.u-psud.fr/
L’équipe concernée est aussi membre de l’Institut Francilien de Recherche sur les Atomes Froids (IFRAF). http://www.ifraf.org/
