Mémoires quantiquesMémoires quantiquespour variables continuespour variables continues

Michel Pinard

LKB, Paris

Séminaire IRCOQ – 02/11/2006

J. Ortalo

Ancien doctorant Doctorants Post-doc

Membres permanents

A. ChiummoJ. Cviklinski

Mémoire quantique en variables continuesMémoire quantique en variables continues

• Fluctuations quantiques d’un ensemble atomiqueFluctuations quantiques d’un ensemble atomique

• Transfert atomes–champ en cavité : régime stationnaireTransfert atomes–champ en cavité : régime stationnaire

• Mémoire quantique en régime pulséMémoire quantique en régime pulsé

Contexte

Transfert d’états quantiques atomes/champs

• Information et communication quantiques

→ Réseaux atomes/champs atomes/champs [Duan et al. Nature 01]

• Photons, véhicules de l’information

• Stockage

Régime microscopique : photon unique / atome ou ion unique(Haroche, Wineland)

spin atomique collectiflongue durée de

viecouplage Nvariables continues

Photon unique / ensemble d’atomes(Kimble, Kuzmich, Lukin)

Régime macroscopique : couplage d’opérateurs collectifs

Spin collectif atomique

• N atomes à 2 niveaux ≡ N spins ½

• Opérateurs collectifs

• Fluctuations quantiques

e

g

Spin collectif atomique

• N atomes à 2 niveaux ≡ N spins ½

• Opérateurs collectifs

• Fluctuations quantiques

• Etat cohérent atomique

e

g

=

Spin collectif atomique

• N atomes à 2 niveaux ≡ N spins ½

• Opérateurs collectifs

• Fluctuations quantiques

• Etat cohérent atomique

e

g

=

Transfert atomes-champs

T

Interaction atomes-champs en cavité

Le champ de contrôle couple  et et permet le transfert de l’état du champ à l’état atomique

J

Dantan, PRA 69 (2004)

C21~ E

00

Situation d’EIT: Equations en régime stationnaire

• Elimination adiabatique des cohérences optiques et de la population du niveau excité:

,~0

avec: etT

C

• Equations de transfert atomes-champ:

2

E

0

0

E γ~γ

1C21

C2η

Efficacité du transfert

• Définition générale:

• Variance de la composante de spin squeezée:

• Cas de l’EIT:

Efficacité du transfert: cas général

• Efficacité du transfert en fonction du taux de pompage normalisé E = 2/2

• L’efficacité est maximale pour:

Paramètres expérimentaux

• Inverse du temps de vie:

kHz 12/0

kHz 1002/~*

0

• Taux d’écriture et de lecture:

• Taux de relaxation de la cavité:

MHz 22/2/

Transfert à fréquence non-nulle

• Important bruit technique à basse fréquence

nécessité de transférer des bandes latérales du champ centrées à fréquence élevée

( ± 0.1 MHZ centré autour de 1MHz)

• Condition de résonance à deux photons application d’un champ magnétique

• Une seule cellule état atomique dans un état super-poissonnien

• Utilisation de deux cellules

LL

L L

Schéma du transfert

• Equations:

0

0

0

2

E

L

in

p

0

E

2x1x

2

~~)C21(S~)C21(C21

C2JJ

Un autre protocole de transfert atomes/champ(Polzik)

Une seule quadraturedu champ est transférée

La deuxième quadratureest mesurée après interactionatome/champ

( : vecteur de Stockes)S

x

yz

J

Champ de contrôle

Champ à stocker

Ph Ph

-ZZSJH

Puis transférée via unfeed-back magnétique

Polzik, nature (2004)

y

in

qxy0

zz0

FAJaJi~FJi~

in

q

inout

inout

AbJJ

JJ

yy

zz

in

q

out

q

in

z

in

p

out

p

AA

JbAA

Equations d’évolution

Relations entrée-sortie

Effet Faraday

Back-Action del’Effet Faraday

Mémoire quantique: séquence temporelle

C)21γ(

tΩtγ~

2

)21(

~2

C

tt

,tγ~

Mémoire quantique en régime pulsé

• Equations générales d’évolution:

Dantan, PRA 73 (2006)

et est l’enveloppe normalisée de l’intensité du pulse

Où et

Phase d’écriture : Construction du squeezing atomique

• Conditions initiales:

• Variance à un instant quelconque:

14/N/JJ 2

x

2

x

Efficacité du processus d’écriture

• Profil du pulse gaussien:

• Valeur stationnaire (t>>T):

• Etat initial:

avec

Processus de lecture

• Fonction de corrélation du champ sortant:

Efficacité de lecture

• Détection homodyne impulsionnelle:

• Efficacité de la lecture:

• Optimisation: E f 1ff et

1T~1a1a2exp10

Conclusion

• Schéma de mémoire prometteur en cours de réalisation

• Comment vérifier le caractère quantique d’une mémoire?- fidélité - stocker un état comprimé- stocker un champ intriqué avec un second champ