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Fiche concise Thèses
Reconstruction d'états non classiques du champ en électrodynamique quantique en cavité
Deléglise S.
PhD thesis. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (2009-12-03), Serge Haroche (Dir.)
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Samuel Deléglise ()1
1 :  LKB (Lhomond) - Laboratoire Kastler Brossel
http://www.lkb.ens.fr
CNRS : UMR8552 – Université Pierre et Marie Curie (UPMC) - Paris VI – École normale supérieure [ENS] - Paris
24 rue Lhomond, F-75231 Paris CEDEX 05
France
Reconstruction d'états non classiques du champ en électrodynamique quantique en cavité
Reconstruction of non-classical states of light in cavity quantum electrodynamics
03/12/2009
Notre dispositif d'électrodynamique quantique en cavité permet de faire interagir dans le régime de couplage fort deux systèmes simples et parfaitement contrôlés : des atomes à deux niveaux et un seul mode du champ électromagnétique. Des miroirs supraconducteurs permettent de stocker le champ électromagnétique micro-onde dans une cavité pendant plus d'un dixième de seconde. Afin de sonder et de manipuler le champ piégé, nous utilisons des atomes de Rubidium excités dans les états de Rydberg circulaires. Les atomes interagissent un à un avec la cavité dans le régime dispersif. Ils se comportent alors comme de petites horloges dont la fréquence est affectée par les photons piégés grâce au phénomène de déplacement lumineux. Les petites modifications de la phase atomique après la traversée du mode sont mesurées par interférométrie de Ramsey, permettant de compter le nombre de photons piégés. En adaptant légèrement la méthode, on parvient à reconstruire complètement la matrice densité du champ piégé. Cette technique a été appliquée à différents états non-classiques du champ : des états de Fock, dont le nombre de photons est parfaitement déterminé, et des états chat de Schrödinger. Ces derniers sont formés de la superposition quantique de deux champs classiques de phases différentes. En répétant la procédure de reconstruction pour plusieurs délais successifs après la préparation, on obtient un film image par image de l'évolution temporelle de l'état. L'étude de l'évolution de l'état chat de Schrödinger sous l'effet de la décohérence apporte un éclairage intéressant sur le problème de la mesure en mécanique quantique et la frontière entre les mondes classique et quantique.
Our cavity Quantum Electrodynamics experiment consists of two simple and well controlled systems interacting in the strong coupling regime: two-level atoms and a single mode of the electromagnetic field. The use of superconducting mirrors allows to trap a microwave field in a cavity for times up to a tenth of a second. In order to probe and to manipulate the trapped field, we use Rubidium atoms excited in a circular Rydberg state. They cross one by one the cavity detuned with respect to their transition. The atoms thus behave as small atomic clocks whose rate is affected by the presence of photons inside the mode through the light shift effect. We measure the small modifications of the atomic superposition's phase after the atoms have crossed the cavity by means of a Ramsey interferometry technique, allowing us to count the number of trapped photons. Slightly modifying this method, one can reconstruct the full density matrix of the state. We applied this technique to several non-classical states of the field: Fock states with a well determined number of photons, and Schrödinger's cat states, which are quantum superpositions of two classical fields with different phases. By repeating the reconstruction scheme for several delays after preparation, we are able to record a step-by-step movie of the time evolution of the state. The evolution of the Schrödinger's cat state under the effect of decoherence sheds new light on the problem of quantum measurement and the quantum to classical boundary.
Physique/Physique/Physique Atomique

Université Pierre et Marie Curie - Paris VI
Physique
physique de la matière condensée et du rayonnement
Français

Serge Haroche
Martial DUCLOY (Examinateur)
Claude FABRE (Examinateur)
Philippe GRANGIER (Rapporteur)
Serge HAROCHE (Directeur de thèse)
Tobias KIPPENBERG (Rapporteur)
Jean-François ROCH (Examinateur)

photon – état quantique – reconstruction – cavité – décohérence – chat de Scrödinger – état de Fock – fonction de Wigner
photon – quantum state – reconstruction – cavity – decoherence – Schrödinger cat – Fock state – Wigner function