| Contact principal : | Serge Haroche |  |
| Autres contacts : | Jean-Michel Raimond | |
| Michel Brune | | |
| Sébastien Gleyzes | |
Description des activités de recherche :
Mesure non destructive de photons piégés, détection des sauts quantiques de la lumière, reconstruction d’états non classiques du champ et observation directe de la décohérence (2006-2008)
Récemment, l’équipe a développé des cavités de très haute finesse, qui stockent des photons microondes pour un temps supérieur au dixième de seconde. Cela a conduit à des expériences où des champs piégés sont manipulés et détectés avec une sensibilité et une précision sans précédents. Les photons piégés sont détéctés continûment sans démolition (mesure sans démolition quantique, ou QND pour "Quantum non Demolition"). Pour celà, ils interagissent dispersivement avec des atomes qui passent un par un dans la cavité.
Le groupe a observé la projection progressive d’un champ cohérent sur un état de Fock, contenant un nombre de photons certain. Les sauts quantiques de la lumière ont pu être observés : Pour la première fois, des photons individuels stockés dans une boîte sont observés répétitivement. Les instant aléatoires auxquels ils sont créés ou annihilés sont directement mesurables. La méthode, d’abord limitée à un seul photon, a été étendue à des champs faits de quelques photons, qui peuvent être comptés comme des billes dans une boîte.
L’équipe a aussi observé l’effet Zénon quantique sur ce système. Elle a montré que la croissance d’un champ cohérent produit par une source classique couplée à la cavité est inhibée si le champ est répétitivement mesuré par les atomes.
En combinant le comptage des photons sans destruction et une méthode de mélange homodyne, le groupe a pu reconstruire complètement l’état quantique du champ dans la cavité. La méthode a été appliquée à des états de Fock et à des chats de Schrödinger dont les deux composantes diffèrent d’une dizaine de photons. En prenant des "instantanés" de ces états à différents instants, le groupe a réalisé un film de la décohérence du chat, qui illustre clairement la transition entre le quantique et le classique pour un système mésoscopique couplé à un environnement. Des extensions de ces expériences à deux cavités couplées par un jet atomique sont en cours. Elle rendront possible d’étudier les propriétés non locales de systèmes mésoscopiques faits de quelques dizaines de photons.
Ces études ouvrent la voie à l’exploration de superpositions quantiques et de l’intrication dans des systèmes mésoscopiques encore plus grands. Le groupe a fait de nombreuses propositions pour explorer ainsi la frontière quantique/classique.
Il développe aussi un axe de recherche sur les puces atomiques supraconductrices. Il s’agit de manipuler des atomes de Rydberg près de surfaces supraconductrices pour la production d’atomes uniques à la demande ou pour des applications à l’information quantique.
Pour en savoir plus : voir en ligne Electrodynamique Quantique en Cavité