MANIPULATION D'ATOMES DANS DES PIÈGES DIPOLAIRES MICROSCOPIQUES ET ÉMISSION CONTRÔLÉE DE PHOTONS PAR UN ATOME UNIQUE - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Access content directly
Theses Year : 2005

MANIPULATION OF ATOMS IN MICROSCOPIC DIPOLE TRAPS AND CONTROLLED EMISSION OF PHOTONS BY A SINGLE ATOM

MANIPULATION D'ATOMES DANS DES PIÈGES DIPOLAIRES MICROSCOPIQUES ET ÉMISSION CONTRÔLÉE DE PHOTONS PAR UN ATOME UNIQUE

Abstract

This work deals with the manipulation of single atoms of rubidium 87 in microscopic optical dipole traps, in order to use them for quantum information processing. The experimental setup is based on a high numerical aperture lens which allows us to focus a beam to the diffraction limit and collects the light emitted by the atoms with a high efficiency.

We have characterized the geometry of the potential and the movement of the trapped atoms by measuring oscillation frequencies and mean energies of the atoms.

To demonstrate that our setup is well suited to quantum information processing, we prove its scalability. Using a programmable phase modulator and holographic techniques, we have generated, from a single beam, arrays of micro-dipole traps, each of them being optically addressable.

In order to realize two quantum bit logic gates, we have decided to go towards conditional entanglement. This requires the controlled emission of single photons by each of the atoms, which is obtained after a pulsed excitation. We have developed a new laser system delivering nanosecond pulses. It allows us to drive coherently the closed transition (5S1/2, F = 2, mF = 2) towards (5P3/2, F = 3, mF = 3). We then observed Rabi oscillations and quantum beats with single atoms. By adjusting the power of the laser source to realize pi-pulses, we obtain a triggered single photon source with a high flux of photons and a weak rate of pulses containing two photons.
Cette thèse porte sur la manipulation d'atomes uniques de rubidium 87 dans des pièges dipolaires optiques microscopiques en vue d'applications à l'information quantique. Le dispositif expérimental utilise un objectif de grande ouverture numérique pouvant focaliser un faisceau à la limite de diffraction et collecter efficacement la lumière émise par les atomes.

Nous avons caractérisé la géométrie du potentiel et le mouvement des atomes piégés par des mesures de fréquences d'oscillation et d'énergies moyennes.

Pour prouver que ce système est adapté au traitement quantique de l'information, nous montrons que son extensibilité à grande échelle est envisageable. A l'aide d'un modulateur de phase programmable par ordinateur et à partir d'un seul faisceau laser, nous avons généré holographiquement des réseaux de micro-pièges dipolaires pour atomes uniques, chacun des sites étant adressable individuellement.

En vue de réaliser des portes logiques à deux bits quantiques, nous avons choisi de nous orienter vers leur intrication conditionnelle. Celle-ci passe par le contrôle de l'émission de l'atome à l'échelle du photon unique, obtenue à la suite d'une excitation impulsionnelle. Nous avons conçu une chaîne laser délivrant des impulsions nanosecondes. Elle nous assure un contrôle cohérent de la transition fermée (5S1/2, F = 2, mF = 2) vers (5P3/2, F = 3, mF = 3). Nous avons observé des oscillations de Rabi et des battements quantiques sur des atomes uniques. En ajustant la puissance de la chaîne laser pour réaliser des impulsions pi, on obtient une source déclenchable de photons uniques qui présente un flux de hotons important et un faible taux d'impulsions contenant deux photons.
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Dates and versions

tel-00011604 , version 1 (14-02-2006)

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  • HAL Id : tel-00011604 , version 1

Cite

Benoît Darquié. MANIPULATION D'ATOMES DANS DES PIÈGES DIPOLAIRES MICROSCOPIQUES ET ÉMISSION CONTRÔLÉE DE PHOTONS PAR UN ATOME UNIQUE. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Paris Sud - Paris XI, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00011604⟩
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