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Thèses

Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (09/10/2002), Raimond Jean-Michel (Dir.)

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Atomes et Cavité : Complémentarité et Fonctions de Wigner

Patrice Bertet1

Le principe de complémentarité est un concept fondamental de la mécanique quantique. Il prédit que, dans une expérience d'interférométrie, toute tentative pour déterminer quel chemin la particule choisit entre les deux lames séparatrices brouille inévitablement les franges d'interférence. Dans ce mémoire, nous présentons une expérience qui illustre ce principe dans un interféromètre de Ramsey. Des atomes de Rydberg circulaires sont soumis à deux impulsions micro-onde résonantes sur une transition atomique, qui jouent le rôle de lames séparatrices en énergie. On observe alors des franges d'interférence dans la probabilité de détecter l'atome dans un état donné. Dans notre expérience, l'une des deux impulsions est effectuée dans le mode d'une cavité supraconductrice. Grâce au couplage fort entre l'atome et la cavité, nous avons pu effectuer l'impulsion même lorsque le champ dans la cavité contient très peu de photons en moyenne (N<1, impulsion quantique). Les franges ont alors un contraste réduit car l'état de la cavité mesure celui de l'atome au sein de l'interféromètre. Cette mesure est de moins en moins efficace lorsque N augmente. Le contraste des franges augmente donc, jusqu'à atteindre le contraste intrinsèque d'un interféromètre de Ramsey classique lorsque N>>1. Un modèle simple, qui ne tient compte que de l'intrication entre l'atome et la cavité, reproduit quantitativement les observations. Un des intérêts majeurs du dispositif d'électrodynamique quantique en cavité est de permettre la génération d'états non-classiques du champ. Il est alors particulièrement intéressant de les caractériser complètement. Nous présentons en dernière partie de ce mémoire une méthode directe pour mesurer la fonction de Wigner d'un état quelconque de la cavité, et son application à un état de Fock à un photon.

1 :	LKB (Lhomond) - Laboratoire Kastler Brossel

mots-clés : complémentarité – intrication – gomme quantique – transition quantique/classique – atomes de Rydberg – cavitésupraconductrice – électrodynamique quantique en cavité – interféromètre de Ramsey – fonctions de Wigner – états non-classiques

The complementarity principle is a basic concept of quantum mechanics. It predicts that, in an interferometry experiment, any attempt to determine which path the particle chose between the two beamsplitters unavoidably washes out the fringe pattern. In this work, we present an experiment illustrating this principle in a Ramsey interferometer. One applies two microwave pulses to circular Rydberg atoms, resonant with an atomic transition, which act like energy beamsplitters. The probability to detect the atom in a given energy level exhibits interference fringes. In our experiment, one of the two pulses is applied in the mode of a superconducting cavity. Thanks to the strong coupling between the atoms and the cavity, we were able to apply the pulse even when the field in the cavity contains a small average number of photons (N<1, quantum pulse). The fringes'contrast is then strongly reduced because the cavity field measures the atomic state inside the interferometer. This measurement becomes less and less efficient when N increases. Thus, the fringes'contrast increases also, until it reaches the intrinsic contrast of a classical Ramsey interferometer when N>>1. A simple model, based on entanglement between the atom and the cavity, accounts quantitatively for the measurements made. One of the major interests of the Cavity Quantum Electrodynamics setup is to allow the generation of non-classical states of the field. Therefore, it is interesting to fully characterize them. We present, in the last chapter of this work, a method to directly measure the Wigner function of any state of the cavity, and its implementation for a one-photon Fock state.

tel-00002496, version 1

http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002496

oai:tel.archives-ouvertes.fr:tel-00002496

Contributeur : Patrice Bertet <>

Soumis le : Vendredi 28 Février 2003, 16:16:25

Dernière modification le : Samedi 21 Janvier 2006, 20:15:47