Le contrôle non destructif d'un atome

Un réseau optique est créé par un champ périodique de potentiel optique (dont l'énergie potentielle dépend de l'emplacement), lequel est engendré par les interférences de faisceaux laser allant dans des directions opposées. La dynamique des atomes ultra froids dans les réseaux optiques est très proche de celle de systèmes solides, mais se caractérise par davantage de pureté, de régularité et d'accordage. Les réseaux optiques sont donc très utiles pour tester certaines des prévisions les plus intéressantes du génie quantique.

Les scientifiques du projet QNDLATTICE («Quantum control: Manipulating and interfacing selected atoms in optical lattices with light»), financé par l'UE, ont cherché à associer l'étude des atomes ultra froids dans les réseaux optiques avec des mesures non destructives (sans démolition quantique, QND). Les mesures par QND exploitent l'interaction de la lumière avec les états atomiques dans les réseaux optiques. Les chercheurs ont pu ainsi observer un système quantique sans le modifier à cause des interférences avec l'appareil de mesure lui-même.

Les chercheurs ont réussi l'imagerie optique d'un site donné du réseau, juste avant le début de la bourse de réintégration, mais l'approche optique est coûteuse et compliquée. Durant la phase de réintégration, ils se sont intéressés à la détection et la manipulation QND dans le réseau optique. Cette technique est plus simple et plus sensible car elle utilise la fréquence, qui est relativement facile à contrôler.

Vu le manque de bases théoriques pour fusionner les deux domaines, le groupe QNDLATTICE a développé le programme de simulation requis. Les scientifiques ont ainsi pu créer et publier de nouvelles architectures pour réaliser une informatique quantique évolutive, l'atometronique et le contrôle quantique des états à nombreux corps, à l'aide de mesures QND. Ils ont mis au point un nouveau système laser pour l'imagerie QND d'atomes ultra froids, conduisant à la première sonde dédiée à de tels atomes dans des réseaux optiques et fonctionnant par interaction Faraday (entre la lumière et un champ magnétique).

Les chercheurs ont mis en place la configuration expérimentale et les bases théoriques de la manipulation QND de sites isolés dans un réseau optique. Ils comptent atteindre leur objectif vers les six mois avant la fin du projet. L'accès à une méthode expérimentale économique et relativement simple pour manipuler le spin d'un atome ouvrira une nouvelle fenêtre sur le monde quantique. Cette méthode sera un outil inestimable pour les meilleurs chercheurs.