Mémoire quantique avec un ensemble atomique Thierry CHANELIÈRE IRCOQ, 2 Nov 06

stocker et relire – échange cohérent Mémoire quantique ? Mémoire atomique: Définir superpositions 2 états Long temps de cohérence (mémoire) Interface qubit «statique» / qubit «volant»: stocker et relire – échange cohérent Stocker sans relire: Computing Mesure Relire sans stocker: Préparation de la mémoire puis relecture Mémoire probabiliste: Protocole DLCZ - Nature, 414, 413 (2001)

Stockage quantique et mémoire quantique Stockage de champ lumineux non-classique Mémoire atomique = stockage de qubits Et si on stocke un photon que l’on utilise comme qubit ?

Qubits «volants» et «statiques» Photons codés en polarisation Var. discrètes Qubits «statiques»: Atomes Bien isolés ~ longs temps de cohérence Atome unique comme qubit (naturel) ± cavité QED : Tour de force expérimental (couplage ?) Ensemble atomique: excellent couplage mais description délicate (Superradiance) MOT Rb85 (D1-line, 795nm)

The team www.physics.gatech.edu/qoptics/ Experiment: Theory: In collaboration with Alex Kuzmich T.A. Brian Kennedy Michael S. Chapman Postdoc: Graduate Students Sponsors: Sloan Foundation NSF - NASA - ONR TC Stewart Jenkins Austin Collins Graduate Students Dzmitry Matsukevich Shau-Yu Lan Corey Campbell Ran Zhao Undergraduate Tamar Neumann David McCann Aaron Boyd www.physics.gatech.edu/qoptics/

EIT - «Lumière arrêtée» Contrôler la transparence par un champ de couplage. Dark-State Polaritons in Electromagnetically Induced Transparency M. Fleischhauer & M. Lukin, Phys. Rev. Lett. 84, 5094 (2000) Storage of Light in Atomic Vapor, Phillips et al., Phys. Rev. Lett. 86, 783 (2001) Observation of coherent optical information storage in an atomic medium using halted light pulses, Liu C et al., Nature, 409, 490 (2001) Inspirée de la thèse de D. Braje (Harris)

Transparence induite - EIT Contrôler la transparence par un champ de couplage (effet NL) Système en L signal Couplage W couplage signal M. Fleischhauer & M. Lukin, Phys. Rev. Lett. 84, 5094 (2000)

«lumière arrêtée» en pratique couplage S «lumière arrêtée»= EIT + STIRAPs on on S

Une source de photons uniques Vide comprimé (paires) produit par un ensemble source (FWM dans un MOT – Harris 2005) S I SOURCE

Stockage de photons uniques Couplage SOURCE «lumière arrêtée» Résultats prometteurs chez Lukin: Eisaman et al., Nature 438, 837 (2005)

Stockage de photons uniques / mémoire quantique Storage and retrieval of single photons transmitted between remote quantum memories T. Chanelière et al., Nature, 438, 833 (2005). Temps de cohérence de 11ms (en 2005) Limité par le champ magnétique AC www.physics.gatech.edu/qoptics/ Efficacité: 6% Mémoire quantique ?

Qubit en polarisation Photons: Ok Atomes: F=3 F=2

EIT et Polarisation ? ? Ens polarisé Ens non-polarisé: Stockage possible de deux polarisations  Ens non-polarisé: Etat atomique initial Polarisation couplage-signal F=3 F=3 F=2 ? ?

+1 -1 -2 h +1 -1 -2 v

Polarisation couplage-signal F=3 Ensemble non-polarisé Transparence imparfaite pour F=2 F=3

Stockage d’un qubit en polarisation Couplage Ensemble polarisé Faiblement polarisé En réalité, on vérifie l’intrication en polarisation I & (S après stockage) Entanglement of remote atomic qubits, D. N. Matsukevich et al. PRL., 96, 030405 (2006). m=0

Mémoires modernes - conclusion Stockage imparfait (efficacité & modification) Mais quantique ! Mémoire quantique 1 qubit lifetime - dizaines de microsecondes Prix >> $248 Manufactured by Georgia Tech Mémoire classique 8589934592 bits Prix: $248 Manufactured by Samsung www.physics.gatech.edu/qoptics/