Fonctionnement en boucle

Ayant présenté les deux systèmes de contrôle, les tâches qu’ils ont à accomplir, et comment nous pouvons les synchroniser, nous pouvons maintenant donner le détail de leur fonctionnement conjoint, dans le cas d’une mesure adaptative, où nous introduisons la boucle de rétroaction.

Vue d’ensemble d’une séquence expérimentale On peut distinguer trois grandes étapes dans l’exécution d’une séquence expérimentale :

– Dans l’étape d’initialisation, l’ordinateur ADWin est préparé : le code compilé est chargé dans le CPU, qui initialise toutes les variables nécessaires au calcul en temps

1. Le nombre de cas à prendre en compte est encore plus important si l’on considère que la détection d’un atome dans un échantillon est aléatoire : il faudrait alors considérer toutes les séquences de détections possibles sur les quatre échantillons successifs.

réel ; les valeurs de potentiels nécessaires à la réalisation des différentes phases de Ramsey sont mises en mémoire tampon de la carte analogique ; enfin, l’horloge de la carte compteur est déclenchée, et l’on commence à compter les détections. À ce stade l’ADWin est «prêt», et un signal sur l’entrée évènement peut déclencher l’exécution de calculs et de commandes.

– La phase d’expérience proprement dite est déclenchée par le système de contrôle pas-sif : celui-ci commence à préparer des échantillons atomiques avec une période de répétition Ta = 83 µs. Au moment où le premier échantillon sort de la cavité supra-conductrice, une première impulsion évènement est envoyée sur l’entrée «Event IN» de l’ADwin. C’est cette impulsion, associée à chaque échantillon, qui assure la syn-chronisation des deux systèmes, et déclenche l’exécution de la boucle de rétroaction. – La phase de terminaison a lieu à la fin de l’expérience, après que la dernière impulsion évènement a été reçue. Le processus est alors arrêté, et les données enregistrées au cours de l’expériences, stockées dans l’ADwin, peuvent être collectées par un ordina-teur externe.

Pour les résultats présentées ici, une séquence expérimentale correspond à la réalisation de 1500 trajectoires de mesure QND, passive ou adaptative. De nombreuses séquences ont été réalisées pour obtenir des statistiques suffisantes.

Boucle de contrôle Rappelons le principe de la boucle de rétroaction mise en œuvre dans nos expériences : l’ADwin est chargé de lire les détections atomiques pour estimer la distribution du nombre de photons et en déduire la phase de Ramsey optimale devant être appliquée via les potentiels des miroirs de R2. Cette rétroaction est de plus retardée comme nous l’avons vu ci-dessus (au paragraphe III.1.1.d) : la lecture des comptes associés à l’échantillon k détermine la phase de Ramsey pour l’échantillon k + 4.

L’exécution d’une boucle de rétroaction est déclenchée par une impulsion évènement envoyée sur l’entrée «Event IN» et associée à chaque échantillon atomique, et se décompose de la façon suivante, représentée à la figure III.7 :

– Les comptes associés à la détection du dernier échantillon atomique k sont d’abord lus, le CPU accédant à la carte compteur. La soustraction des comptes associés aux bords de chaque fenêtre de détection fournit les nombres d’atomes détectés, ne et ng, pour cet échantillon. L’impulsion évènement doit donc arriver après l’exécution de la rampe de détection par le système NI.

– Ces comptes permettent au CPU de réaliser l’estimation de la distribution du nombre de photons, et l’optimisation de la phase de Ramsey pour l’échantillon k + 4. Le nombre de calculs nécessaires est toujours le même, et cette étape a donc une durée fixe de 40 µs environ.

– Les potentiels correspondant à la phase optimale sont appliqués aux électrodes de la zone de Ramsey à un instant τ_r = 858 µs après la préparation de l’échantillon k + 4. L’impulsion évènement doit donc avoir lieu avant cet instant, et laisser un intervalle de temps suffisant pour l’exécution des calculs.

� � + � + 2 � + � + µs CNT CPU 9µs � 2 4 comptes = 2 fenêtres de détection lecture comptes

Adaptation des potentiels R₂

(sorties analogiques) échantillon Event IN

…

FigureIII.7 – Chronologie d’une boucle de contrôle : (a) Diagramme espace-temps illus-trant le trajet des échantillons atomiques ; la référence temporelle est la préparation de l’échantillon noté k + 4. Les éléments d’une boucle de rétroaction sont les suivants : à t = 809 µs le système NI envoie une impulsion sur l’entrée évènement du processeur AD-win (c) (barre rouge «Event IN»). Le CPU lit alors les détections associées à l’échantillon k et stockées dans la carte compteur (b). Ces valeurs ont été enregistrées auparavant lors de la réception de 4 impulsions portes associées aux bords des deux fenêtres de détection. Le CPU déduit les nombres de détections dans |ei et |gi pour l’échantillon k puis effectue l’estimation d’état correspondante, et l’optimisation de la phase pour l’échantillon k + 4 (rectangle hachuré). 49 µs après réception de l’impulsion évènement, le CPU applique les potentiels correspondants, via les sorties analogiques, aux miroirs de R2. Toutes ces étapes se répètent avec la période de la préparation, 83 µs.

(t = 0) l’instant de préparation d’un échantillon d’indice k + 4, l’impulsion évènement est envoyée à l’ADwin à t = 809 µs. L’échantillon d’indice k a alors été préparé depuis 1141 µs et les résultats correspondant à sa détection ont déjà été enregistrés par la carte compteur. Avant l’application des potentiels Ramsey à t = 858 µs, le système ADwin dispose donc de 49 µs pour effectuer l’optimisation de la phase. Ceci est amplement suffisant en pratique, le calcul dans un espace de Hilbert de dimension 8 prenant typiquement 40 µs.

les 83 µs. Notons que cette impulsion est associée à chaque échantillon préparé : pour les quatre toutes premières impulsions de chaque séquence, il n’y aura donc pas exécution de la boucle de rétroaction, puisqu’aucun échantillon n’est encore arrivé dans le détecteur2

.