Mémoires quantiques pour variables continues Michel Pinard LKB, Paris Séminaire IRCOQ – 02/11/2006

Ancien doctorant Doctorants Post-doc Membres permanents J. Ortalo A. Chiummo J. Cviklinski

Mémoire quantique en variables continues Fluctuations quantiques d’un ensemble atomique Transfert atomes–champ en cavité : régime stationnaire Mémoire quantique en régime pulsé

Contexte Transfert d’états quantiques atomes/champs Information et communication quantiques → Réseaux atomes/champs [Duan et al. Nature 01] Photons, véhicules de l’information Stockage Régime microscopique : photon unique / atome ou ion unique (Haroche, Wineland) Photon unique / ensemble d’atomes (Kimble, Kuzmich, Lukin) Régime macroscopique : couplage d’opérateurs collectifs spin atomique collectif longue durée de vie couplage  N variables continues

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 Interaction atomes-champs en cavité Le champ de contrôle W couple  et et permet le transfert de l’état du champ à l’état atomique Dantan, PRA 69 (2004)

Situation d’EIT: Equations en régime stationnaire Elimination adiabatique des cohérences optiques et de la population du niveau excité: avec: et Equations de transfert atomes-champ:

Efficacité du transfert Variance de la composante de spin squeezée: Définition générale: Cas de l’EIT:

Efficacité du transfert: cas général Efficacité du transfert en fonction du taux de pompage normalisé gE = W2/g2 L’efficacité est maximale pour:

Paramètres expérimentaux Inverse du temps de vie: Taux d’écriture et de lecture: Taux de relaxation de la cavité:

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

Schéma du transfert WL Equations:

Un autre protocole de transfert atomes/champ (Polzik) x y z J Champ de contrôle Champ à stocker Ph - ( : vecteur de Stockes) Une seule quadrature du champ est transférée La deuxième quadrature est mesurée après interaction atome/champ Puis transférée via un feed-back magnétique Polzik, nature (2004)

Equations d’évolution Relations entrée-sortie Back-Action de l’Effet Faraday Effet Faraday

Mémoire quantique: séquence temporelle

Mémoire quantique en régime pulsé Equations générales d’évolution: Dantan, PRA 73 (2006)

Phase d’écriture : Construction du squeezing atomique Conditions initiales: Variance à un instant quelconque: Où et et est l’enveloppe normalisée de l’intensité du pulse

Efficacité du processus d’écriture Profil du pulse gaussien: Valeur stationnaire (t>>T):

Processus de lecture Fonction de corrélation du champ sortant: avec Etat initial: Fonction de corrélation du champ sortant: avec

Efficacité de lecture Détection homodyne impulsionnelle: Efficacité de la lecture: Optimisation: et

Schéma de mémoire prometteur en cours de réalisation 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