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Accueil du site > Thèses et habilitations > Préparation, manipulation et détection d’atomes uniques sur une puce à atomes

Préparation, manipulation et détection d’atomes uniques sur une puce à atomes

Lundi 14 septembre à 10h, l’Ecole Normale Supérieure, 29, rue d’Ulm, 75005 Paris, en salle 236.

Soutenance de thèse de Guilhem Dubois

Résumé :

Ce travail de thèse porte sur la manipulation d’atomes uniques ultrafroids. Nous avons réalisé le premier détecteur d’atomes uniques piégés sur une puce à atomes, basé sur l’interaction avec un mode de cavité optique dans le régime de couplage fort. La cavité Fabry-Perot est montée sur la puce à atomes. Fonctionnant dans le régime de détection non-destructive, la cavité permet de mesurer l’état hyperfin de l’atome avec une très grande fidélité, en perturbant son état externe nettement moins qu’un système de détection fonctionnant en espace libre. A l’aide de la cavité de détection, nous préparons de manière déterministe un atome unique dans un piège dipolaire, avec une précision en position sub-longueur d’onde et dans un état interne spécifique.

Ce nouveau dispositif de préparation et de mesure est utilisé dans une expérience d’effet Zénon quantique, la première à être effectuée avec des atomes neutres individuels. Sous l’effet de la mesure, l’oscillation de Rabi entre les deux sous-niveaux hyperfins du niveau fondamental de l’atome de Rubidium 87 est ralentie puis arrêtée. L’expérience permet de montrer l’adéquation entre le flux d’information extraite du système et le flux de photons traversant la cavité optique de détection.

Abstract :

The subject of this thesis is the manipulation of ultracold single atoms. We demonstrate the first detector for trapped single atoms mounted on an atom chip. The detection device is a high finesse Fabry-Perot optical cavity, in the strong coupling regime of cavity QED. The cavity allows to perform a high-fidelity quantum-non-destructive measurement of the atomic hyperfine number, and perturbs the atomic motional state much less than a free space optical detector. We also use this detection device to deterministically prepare a single atom in a well-defined internal state with a sub-wavelength position precision.

Relying on the preparation and measurement of the atomic state with the cavity, we carry out the first Quantum Zeno Effect experiment performed with single, neutral atoms. Under continuous measurement, we show that Rabi oscillations between hyperfine ground states are slowed down and eventually frozen. This experiment clearly proves that the decoherence induced by a cavity-based detector is totally dominated by the leakage of cavity photons, and not by the atomic spontaneous emission.

Post-scriptum :

Ecole Normale Supérieure, 29, rue d’Ulm, 75005 Paris, en salle 236.

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