Vers une nouvelle génération de détecteurs quantiques non destructifs d'atomes froids

Publié par Redbran le 18/03/2021 à 13:00
Source: Observatoire de Paris
Le 24 Février 2021, dans un Nature Portfolio journal, le département du SYstèmes de Référence Temps Espace (SYTRE) de l'Observatoire de Paris - PSL a publié un article sur la mise en place d'une nouvelle technologie afin de permettre la détection non destructive, compacte et à grande largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit...) de bande d'atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) froids, à l'aide d'un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) micro-ondes.


En l'absence d'atomes froids (représentés en rouge), aucune puissance du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) micro-onde (Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques de longueur d'onde intermédiaire...) (droite mauve) n'est réfléchie dans l'antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de...) (cornet), contrairement au spectre de réflexion de cette puissance (courbe orange) observé en présence des atomes.
© C.L. Garrido Alzar

Dans les expériences d'atomes froids, l'état des atomes est déterminé en utilisant un système de détection (Un système de détection est un système permettant à l'utilisateur d'observer un événement...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...), dont l'élément central est un faisceau laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...). Soit on mesure son absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) par les atomes en utilisant une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil...) CCD, soit on collecte sur une photodiode (Une photodiode est un composant semi-conducteur ayant la capacité de détecter un rayonnement du...) la fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que...) des atomes qu'il induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...). Cette méthode de détection utilise des systèmes optiques complexes, et elle est destructive: une fois l'état des atomes détecté, le nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en...) ne peut plus être réutilisé.

Des chercheurs du laboratoire Systèmes de Référence Temps-Espace (SYRTE) (1) ont mis en place une solution de détection non-destructive de l'état quantique (En mécanique quantique, l'état d'un système décrit tous les aspects du système physique. Il...) des atomes froids basée sur le rayonnement micro-onde. La puissance micro-onde émise par une antenne dépend de la résistance de rayonnement du milieu vers lequel l'antenne émet. En mesurant la puissance micro-onde d'une antenne cornet, les chercheurs ont ainsi été capables de détecter l'état interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...) d'atomes froids de rubidium (Le rubidium est un élément chimique, de symbole Rb et de numéro atomique 37.) 87. Ils ont aussi observé, pratiquement en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) réel, une dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) quantique cohérente sur un nuage d'atomes issu d'un processus de refroidissement unique.

Après avoir validé cette nouvelle méthode de détection en mesurant le spectre atomique autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de la transition horloge hyperfine, les chercheurs ont démontré son caractère non destructif en observant des oscillations de Rabi en mode stroboscopique sur le même échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...) d'atomes froids. Dans cette expérience de preuve de principe, les physiciens ont utilisé des atomes froids en chute libre car c'est la configuration d'opération des interféromètres et capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) inertiels atomiques conventionnels. Cependant, pour la réalisation de capteurs quantiques compacts il est possible d'utiliser comme antenne micro-onde un guide d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) coplanaire (Étymologiquement, plusieurs objets sont coplanaires si et seulement s'ils sont situés dans un...) microfabriqué. Cela ouvre une voie prometteuse à une nouvelle technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de détection non-destructive, locale, large bande, et intégrée sur microcircuit, d'atomes froids.

Bibliographie:
Nondestructive microwave detection of a coherent (Le systèmes d'exploitation Coherent a été créé en 1983 par la défunte Mark Williams Company...) quantum (En physique, un quantum (mot latin signifiant « combien » et qui s'écrit...) dynamics in cold atoms - Communications Physics 4, article numéro 35 (2021)William Dubosclard, Seungjin Kim et Carlos L. Garrido Alzar

Notes:
(1) Unité CNRS/Observatoire de Paris-PSL/Sorbonne Université/LNE
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