Trapping and cooling of atomic strontium in a compact apparatus : towards a micro ring cavity QED experiment
Piégeage et refroidissement d’atomes de strontium dans un montage compact : vers une expérience d’électrodynamique quantique dans une micro cavité en anneau
Résumé
In the past few years, the emergence of an ensemble of quantum entanglement based technologies have defined a Second Quantum Revolution. Atomic ensembles with alkaline-earth-like species as strontium and ytterbium posses promising long-lived quantum states for these technologies. The presence of ultra-narrow transitions in their level structures and large nuclear spins led to impressive advances in the domains of optical clocks, SU(N) magnetism and Rydberg physics. Among the platforms allowing to generate entanglement in many-body systems, cavity quantum electrodynamics is particularly interesting. Allowing to create long-range effective interactions between atoms and quantum non demolition measurements of the qubits states, it opens the way to several possibilities such as optical clocks precision enhancement and quantum simulations with long-range interactions. In this spirit, we aim to develop an experiment combining ultra-cold strontium atoms and a miniaturized ring cavity in order to obtain an homogeneous coupling between the atomic ensemble and the resonator light. This thesis is focused on the description of the laser and vacuum systems used to produce an ultra-cold sample of strontium atoms, taking into account the considerations related to the cavity ready to be integrated to the the apparatus. Its compact design is based on an effusive atomic source emitting towards a glass cell with high optical access. In order to reduce the length and complexity of the vacuum system, the slowing and magneto-optical trapping operations are realized with a single magnetic coil assembly. The cold atomic clouds obtained with two strontium optical transitions at 461 and 689nm are also characterised.
Durant les dernières années, l’émergence de technologies quantiques basées sur l’intrication ont défini une Seconde Révolution Quantique. Les ensembles d’atomes de type alcalino-terreux comme le strontium et l’ytterbium possèdent des états quantiques à longue durée de vie prometteurs pour ces technologies. La présence de transitions ultra fines dans leurs structures de niveaux ainsi que de larges spins nucléaires ont mené à d’impressionnantes avancées dans les domaines des horloges optiques, du magnétisme de type SU(N) et de la physique des atomes de Rydberg. Parmi les plateformes permettant de générer de l’intrication dans des systèmes contenant de nombreuses particules, l’électrodynamique quantique en cavité est particulièrement intéressante. Autorisant la création d’interactions effectives à longue portée entre atomes et la mesure quantique non destructive des états des qubits, elle ouvre de nombreuses possibilités dont l’amélioration de la précision des horloges optiques et les simulations quantiques contenant des interactions longues distances. Dans cet esprit, nous développons une expérience combinant un ensemble d’atomes de strontium ultra froids à une cavité en anneau miniaturisée afin d’obtenir un couplage homogène entre l’ensemble atomique et la lumière du résonateur optique. Cette thèse se concentre sur la description des systèmes laser et à vide servant à produire l’ensemble d’atomes de strontium ultra froids, tout en prenant en compte les considérations liées à la cavité prête à être intégrée au montage expérimental. Son design compact est basé sur une source effusive d’atomes émettant vers une cellule en verre ayant un grand accès optique. Afin de réduire la longueur et la complexité du système à vide, les opérations de ralentissement et de piégeage magnéto-optique sont réalisées avec le même assemblage de bobines. Les nuages ultra froids réalisés sur deux transitions optiques du strontium à 461 et 689nm sont également caractérisés.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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