Perspectives

Les perspectives ouvertes par un tel dispositif sont nombreuses, aussi bien en r´egime de faible chargement qu’`a fort chargement. Tout d’abord, le fait de disposer de deux pi`eges identiques peut permettre des ´etudes plus fines sur l’un des deux pi`eges. En effet, on peut partir d’une situation dans laquelle les deux pi`eges sont parfaitement identiques, puis faire varier les param`etres d’un des pi`eges (puissance, longueur d’onde...), le second servant de r´ef´erence. Dans ces conditions, on s’affranchit des autres causes de fluctuations pouvant essentiellement venir du processus de chargement, c’est-`a-dire du pi`ege magn´eto-optique.

D’un point de vue plus fondamental, puisque l’on dispose maintenant de deux atomes indi- viduels, captur´es `a quelques microns de distance, on peut d´esormais chercher et tester des id´ees pour les faires interagir au niveau quantique, afin de r´ealiser des op´erations logiques, comme une porte de phase, ou des ´etats intriqu´es. Pour r´ealiser de telles op´erations, les propositions th´eoriques ne manquent pas [17, 18], il conviendra donc de les adapter `a notre syst`eme et de choisir celle qui est susceptible de donner le meilleur r´esultat. En particulier, parmi toutes ces propositions, certaines sont extrˆemement sensibles `a la distance entre les deux atomes. Dans notre cas, comme la temp´erature des atomes est assez importante, la distance qui les s´epare n’est connue qu’`a un ou deux microns pr`es, ce qui est malheureusement inacceptable pour cer- tains sch´emas de portes de phases. Dans ce cas, il sera n´ecessaire d’utiliser un processus de refroidissement annexe pour les atomes.

Par exemple, le refroidissement Raman par bandes lat´erales permet de refroidir l’atome dans le niveau fondamental du puits [74, 75], ce qui permet de diminuer consid´erablement les probl`emes de fluctuations de distances. Par ailleurs, il a ´et´e montr´e qu’un refroidissement Raman par bandes lat´erales est possible, sans ajout de faisceaux suppl´ementaires, en utilisant

simplement une g´eom´etrie un peu plus complexe des faisceaux des pi`eges dipolaires [52]. Nous avons cependant montr´e qu’il ´etait possible d’adapter des sch´emas de portes de phases, de fa¸con `a r´eduire leur sensibilit´e aux fluctuations des distances s´eparant les atomes. Par exem- ple, il est possible de r´ealiser une porte de phase bas´ee sur l’interaction importante qui existe entre les atomes, s’ils sont port´es dans un ´etat de Rydberg [18]. En adaptant cette id´ee `a notre sch´ema exp´erimental, nous avons montr´e qu’il ´etait th´eoriquement possible d’obtenir un bascule- ment de la porte en τ = 10 µs, pour une distance entre atomes de 3 µm, et que cette distance n’´etait pas trop critique [19].

Enfin, une propri´et´e importante, qu’il va ˆetre utile de v´erifier avant toute op´eration, est la dur´ee de coh´erence de notre syst`eme : il faudra que cette dur´ee soit importante si l’on d´esire effectuer des op´erations coh´erentes, comme des portes de phases ou r´ealiser des ´etats intriqu´es.

5.6

Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons montr´e qu’il ´etait possible de pi´eger les atomes un par un, mais ´

egalement de les d´etecter individuellement sur une photodiode `a avalanche ou encore sur une cam´era CCD. Pour cela, il suffit de diminuer consid´erablement le taux de chargement, c’est-`a-dire que la m´elasse, `a partir de laquelle on charge le pi`ege dipolaire, est tr`es dilu´ee.

Ensuite, nous avons mis en ´evidence une des propri´et´es les plus importantes de notre pi`ege dipolaire. En augmentant le taux de chargement, nous avons constat´e que la distribution du nombre d’atomes dans le pi`ege ´etait fortement sub-poissonnienne. Autrement dit, `a cause de la petite taille du pi`ege dipolaire, il est impossible d’y capturer en mˆeme temps plus d’un atome. En effet, quand un atome arrive dans un pi`ege d´ej`a occup´e, les deux atomes s’´echappent. Ainsi, en augmentant le taux de chargement, on atteint un r´egime limite dans lequel la probabilit´e d’avoir un pi`ege vide est ´egale `a celle d’avoir un atome unique pi´eg´e. De plus, les transitions entre ces deux configurations sont d’autant plus rapides que le taux de chargement est ´elev´e. Ce ph´enom`ene particulier a finalement ´et´e attribu´e `a un simple processus de pertes `a deux corps. Cependant, dans un r´egime o`u ce taux de perte est tr`es ´elev´e, mˆeme `a tr`es petit nombre d’atomes, il existe toute une plage de taux de chargement pour laquelle le nombre d’atomes ne peut exc´eder un.

Enfin, apr`es avoir ´evalu´e par plusieurs m´ethode la temp´erature de l’atome pi´eg´e, nous avons r´ealis´e un second pi`ege dipolaire, en doublant le dispositif utilis´e jusqu’ici. Nous avons alors montr´e qu’il ´etait possible de capturer, pendant quelques secondes, deux atomes uniques `a quelques microns de distance, et que cette derni`ere est tr`es facilement r´eglable par la simple inclinaison d’une lame semi-r´efl´echissante.

Conclusion

Au cours de ce travail de th`ese, nous avons montr´e qu’il ´etait possible de r´ealiser un pi`ege dipolaire dont le volume se limite `a quelques microns cube. Pour cela, nous avons utilis´e toutes les performances d’un objectif de microscope con¸cu et r´ealis´e au laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique Th´eorique et Appliqu´ee. Nous avons ´egalement pu en faire une image directe sur une cam´era CCD et ´etudier ses propri´et´es `a l’aide d’une photodiode `a avalanche.

Nous avons ensuite pu tirer profit de sa petite taille, en nous pla¸cant dans un r´egime de faible chargement, dans lequel les atomes arrivent suffisamment lentement dans le pi`ege, pour permettre de les capturer et de les visualiser un par un. En particulier, le pi`ege dipolaire r´eal- is´e ´etant capable de conserver un atome unique pendant plusieurs secondes dans un volume de quelques microns cube, on est capable de manipuler des particules individuelles `a l’´echelle du micron. Dans ce r´egime de fonctionnement, nous avons, par ailleurs, constat´e que la statistique du nombre d’atomes pi´eg´es ´etait sub-poissonnienne. Plus exactement, il est impossible de cap- turer, en mˆeme temps, deux atomes dans le pi`ege dipolaire : d`es qu’un second atome arrive dans la zone de capture, les deux atomes s’´echappent.

Ce ph´enom`ene, ´etroitement li´e `a la petite taille de notre pi`ege dipolaire, provient de ce que le param`etre contrˆolant les collisions est inversement proportionnel au volume de capture. C’est pourquoi, dans notre cas, sa grande valeur donne lieu `a un blocage collisionnel du chargement, c’est-`a-dire que pour toute une plage de taux de chargement, le nombre moyen d’atomes est limit´e `a hni = 1/2 et la configuration dans laquelle deux atomes sont pi´eg´es simultan´ement est interdite. Il a par ailleurs ´et´e montr´e que ce ph´enom`ene de blocage collisionnel ´etait sp´ecifique `

a notre dispositif exp´erimental.

Enfin, `a l’aide d’un second faisceau laser pi`ege, nous avons r´ealis´e un second pi`ege dipolaire, identique au premier et dans lequel, ´egalement, un seul atome peut prendre place. En contrˆolant uniquement l’inclinaison relative des deux faisceaux des pi`eges, on peut modifier, `a volont´e, la distance s´eparant les deux atomes captur´es. Nous avons ´egalement not´e que ce dispositif permettait de passer facilement `a un nombre de pi`eges encore plus ´elev´e. Ainsi, la possibilit´e de manipuler des atomes individuels `a l’´echelle du micron et de contrˆoler leur position relative `a la mˆeme ´echelle ouvre de nombreuses perspectives.

La possibilit´e de disposer de deux atomes uniques, cˆote `a cˆote et s´epar´es d’une distance n’exc´edant pas 3 µm, constitue un syst`eme mod`ele du point de vue de l’information quantique. En effet, nous avons trouv´e un sch´ema exp´erimental permettant d’utiliser cette configuration dans la r´ealisation d’une porte de phase [19]. De plus, une telle situation peut permettre de cr´eer des ´etats intriqu´es `a plusieurs particules. Pour conclure, ce dispositif est donc tr`es promet- teur en ce qui concerne les possibilit´es qu’il offre dans la manipulation coh´erente de particules individuelles.

Appendice A

Compl´ements sur le pi`ege dipolaire

en absorption

Cette annexe vient compl´eter l’´etude du pi`ege dipolaire observ´e par absorption. Apr`es une ´etude de sa dur´ee de vie, nous aborderons une ´etude concernant sa temp´erature.