Conclusion

Dans le document Stockage multimode au niveau quantique pendant une milliseconde (Page 77-0)

Notre système atomique permet donc de réaliser un interféromètre comparable en tout point à un interféromètre réalisé à partir d’optique linéaire. Il présente notamment l’avantage de ne pas nécessiter de stabilisation. Pour réaliser le retard de 2 µs en l’optique linéaire, une différence de chemin de 400 m est nécessaire. Un interféromètre d’une telle longueur est d’une part sensible aux fluctuations, et d’autre part présente des pertes dues à la propagation en fibre optique, surtout à notre longueur d’onde de 580 nm. Nous avons vu dans la section 3.2 que le temps de retard AFC 1/∆ peut être étendu à plusieurs dizaines de µs, portant à plusieurs km, voir dizaines de km la longueur de fibre de l’interféromètre équivalent en optique linéaire. Nous envisageons notamment d’utiliser l’AFC comme interféromètre afin de démontrer l’intrication énergie-temps [19] entre les photons Stokes et anti-Stokes du protocole DLCZ (cf. section 1.2.3 et 3.5).

Conclusion et perspectives

Il est maintenant temps de dresser un bilan des résultats obtenus et d’en tirer les conclusions. Durant ce doctorat, j’ai notamment pu réalisé le premier stockage longue durée au niveau quantique utilisant un protocole basé sur l’écho de spin. Ce travail vient en fait ouvrir la porte du monde quantique à toute les expériences de stockage classique très longue durée utilisant une séquence de découplage dynamique [13, 14]

(processus basé sur l’écho de spin). Il est donc aujourd’hui tout à fait raisonnable d’en-visager un stockage quantique pour des temps de stockage de l’ordre de la minute, voir plusieurs heures dans Eu3+:Y2SiO5. En effet, il a été récemment démontré que le temps de cohérence d’une transition de spin dans Eu3+:Y2SiO5 peut atteindre 6 heures [12]

lorsque le cristal est soumis à un champ magnétique externe bien choisie, additionné d’un découplage dynamique. Si beaucoup de chemin reste à faire pour réaliser un sto-ckage quantique de plusieurs heures, il semble que cela soit aujourd’hui envisageable au prix d’un long développement technique et scientifique. Dans le but de réaliser des temps de stockage encore plus longs, nous travaillons déjà actuellement sur le stockage AFC dans l’état de spin avec un champ magnétique externe et une séquence de décou-plage dynamique.

Durant ces 4 ans, j’ai également pu tester la validité du système cristal-cavité pour le protocole de stockage complet dans l’état de spin (cf. section 3.1). Les résultats obtenus sont encourageants. En effet, on a démontré que l’efficacité peut être augmentée d’un facteur 8 par rapport à une configuration en simple passage. Avec ce système cristal-cavité, une efficacité proche de 100% peut être obtenu en théorie avec un AFC et une cavité de plus haute finesse et ce, quelque soit la profondeur optique maximale du cristal. Néanmoins, un AFC de haute finesse signifie également que l’absorption du cristal est fortement réduite. Or on a pu voir dans la section 3.1 que l’absorption du cristal entre en compétition avec les pertes intra-cavité. Si l’on choisit un AFC et une cavité de "haute" finesse, il faut s’assurer que les pertes intra-cavité sont négligeable devant l’absorption du cristal. En pratique, on peut placer la cavité directement dans le cryostat afin de réduire la traversées d’interfaces (fenêtres du cryostat), sources de pertes. Nous pourrions directement placer les miroirs de cavité sur le cristal (voir figure 4.4(a)) comme cela a été réalisé par Sabooniet al. [49]. Néanmoins, afin de réaliser le

stockage dans l’état de spin, les impulsions de contrôles doivent être appliquées dans un mode spatial différent du mode de cavité. La solution serait d’appliquer ce champs dans un mode perpendiculaire au mode de cavité. Le contrôle devant être appliqué sur toute la longueur du cristal, le mode de contrôle doit donc être fortement étiré dans la direction de propagation du mode d’entrée. Si le cristal est long, cela affecte fortement la fréquence de Rabi et donc l’efficacité de transfert des champs de contrôle.

Je pense donc que ce projet est viable pour des cristaux relativement courts (∼2 mm).

A mon avis ce dispositif pourrait être l’avenir des mémoires quantiques dans les solides à long terme. En effet, pour le stockage au niveau quantique, avoir le mode de contrôle perpendiculaire au mode d’entrée peut également améliorer le filtrage de toutes les sources de bruits provenant des impulsions de contrôle. Néanmoins, ce projet présentes plusieurs difficultés techniques qui le rendent difficile à réaliser.

Cryostat Cryostat

R2=1 R2=1

R1 R1

Contrôle

IN IN

Contrôle

(a) (b)

Figure4.4 –Futurs projets pour le système cristal-cavité. En (a), les miroirs de cavités sont intégrés directement sur sur le cristal. Le mode de contrôle doit ainsi être appliqué de façon perpendiculaire. En (b), un seul miroir est intégré au cristal, le deuxième restant externe au cryostat.

A moyen ou court terme, un projet plus raisonnable semble envisageable. Il s’agit d’un compromis entre la cavité totalement externe et la cavité placé sur le cristal.

Un des miroirs peut être directement placé sur le cristal, l’autre restant externe au cryostat (voir figure 4.4(a)). On peut ainsi maîtriser la longueur et l’alignement de la cavité depuis l’extérieur du cryostat. Comparé au système étudié en section 3.1, les pertes sont réduites d’un facteur 2 (une fenêtre et un interface de cristal en moins à traverser). Le mode de contrôle peut être appliqué aisément avec un angle par rapport au mode de cavité comme on a pu le faire dans l’expérience présentée en section 3.1.

Je suis donc convaincu que le développement du système cristal-cavité est essentiel pour l’obtention d’une mémoire quantique présentant une efficacité viable pour la réa-lisation d’un répéteur quantique.

D’autre part, la réalisation de l’expérience AFC-DCLZ (présentée en section 1.2.3)

constituerait le premier stockage avec lecture sur demande d’un état quantique pour le protocole AFC. La première étape est de démontrer les corrélations qui existent entre les photons Stokes et anti-Stokes. Les photons sont non seulement corrélés, mais ils présentent également une relation d’intrication énergie-temps, à l’instar d’une paire de photons générée par une SPDC (spontaneous parametric down conversion) pompé par un laser continu. Il est possible de démontrer cette intrication en utilisant un interféro-mètre (composé d’un bras long et d’un bras court) pour chacun des photons Stokes et anti-Stokes [19]. Pour notre expérience, un retard de l’ordre de la microseconde entre les deux chemins de l’interféromètre est nécessaire, ce qui correspond à une distance de l’ordre de 100 m. Un tel interféromètre construit à l’aide d’optiques linéaires est possible mais difficile à réaliser et à stabiliser. Pour nous, l’astuce serait donc d’utiliser un AFC préparé dans un autre cristal afin de réaliser cet interféromètre (comme nous l’avons démontré dans la section 4).

Pour conclure, le projet de réalisation d’une mémoire quantique dans Eu3+:Y2SiO5 est ambitieux car il ne présente a priori aucune limite, que ce soit pour le temps de stockage (fondamentalement limité à plusieurs jours voir semaines) ou l’efficacité (aucune limitation fondamentale pour un système cristal-cavité). Le progrès effectué sur cette expérience au cours de ces 4 ans est extrêmement encourageant pour le futur du projet. De plus, beaucoup d’idées comme celles présentées ci-dessus attendent encore d’être testées expérimentalement, ce qui laisse entrevoir de beaux jours au laboratoire de mémoire quantique à Genève.

Remerciements

Je voudrais tout d’abord remercier mes parents pour m’avoir donné l’opportunité de faire des études de physique dans de très bonnes conditions. Outre mes études à Lille, j’ai notamment pu étudié à Paris, Calgary (Canada) et enfin à Genève.

Je remercie Nicolas Gisin de m’avoir fait confiance et engagé dans ce magnifique groupe de physique qu’est le GAP. De plus, et comme dit déjà le jour de la soutenance, je pense que l’atmosphère spéciale qui règne dans ce groupe est largement due à la volonté de Nicolas de construire un groupe de Physique efficace et sympathique. En effet, il est très agréable de travailler ici, les gens sont tous très ouverts à la discussion et à l’entraide.

J’ai travaillé pendant ces 4 années avec le soutien de Mikael Afzelius, mon supervi-seur. Dès mon stage de Master, il m’a rapidement fait confiance et laissé travailler par moi-même au laboratoire. Ainsi, j’ai vraiment pu prendre des initiatives et apprendre beaucoup de mes erreurs. De plus, Mikael a toujours été disponible pour m’aider lorsque j’en avais besoin, ce qui constitue un réel confort de travail. Malgré ses responsabili-tés importantes, Mikael est toujours très présent au labo et compétent même lorsqu’il s’agit de détails techniques.

J’ai également souvent sollicité mes collègues plus expérimentés afin de répondre à mes questions. J’ai beaucoup appris notamment en discutant avec Nuala Timoney, Imam Usmani, Christoph Clausen, Björn Lauritzen, Clara Osorio, Anthony Martin, Jean Etesse et Félix Bussières.

Je remercie les personnes avec qui j’ai travaillé en étroite et fructueuse collaboration au labo, en l’occurrence : Cyril Laplane, Imam Usmani et Nuala Timoney.

Claudio Barreiro est un technicien adorable. Il est toujours prêt à nous aider en toute circonstance. Ses compétences ont été indispensables au développement de nos expériences. Un grand merci à lui.

Les secrétaires du GAP m’ont beaucoup aidé à régler les formalités rapidement, ou même à faire les choses à ma place. C’est un confort de vie indéniable dans un groupe. Un grand merci à Isabel Vico-Flecher, Nathalie Chaduiron, Dragana Pantelic et Laurence Nurisso.

La vie au GAP n’est pas faite que de discussion de physique et laisse parfois place à l’humour. C’est le cas en général de la vie au bureau. Merci donc à Imam Usmani, Cyril

Laplane, Tommaso Lunghi, Jean Etesse et Alexey Tiranov (allias "Le chat") avec qui j’ai parfois partagé pas mal de fous rires. J’aurais également pu citer Anthony Martin qui n’a jamais partagé de bureau avec moi mais qui ne manque pas d’y passer pour nous taquiner à chaque heure de la journée...

Les projets extra-professionnels ont également été une source de satisfaction néces-saire au maintien d’un bon moral. Merci à toute l’équipe de la BVB ("bonne vieille bière") et à l’équipe du potager dont la production 2015 a été fructueuse en tomates et courges "longue de Nice", variété de courge délicieuse à manger à l’état de petite courgette revenues dans l’huile d’olive.

Pour finir, je tiens à remercier tout les membres du groupes et de manière plus générale les gens qui travaille dans ce bâtiment pour la magnifique ambiance qui règle ici. J’ai beaucoup apprécié travailler ici pendant ces 4 années et demi. Je pense qu’il est difficile de trouver une ambiance similaire ailleurs, c’est pourquoi il est un peu frustrant de devoir quitter ce groupe bientôt.

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Correction of arbitrary field errors in population inversion of quantum systems by

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