Manipulation optique d'une cohérence de spin nucléaire dans l'ion thulium en matrice cristalline - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2008

Optical driving of a nuclear spin coherence in a thulium-doped crystal.

Manipulation optique d'une cohérence de spin nucléaire dans l'ion thulium en matrice cristalline

Anne Louchet

Résumé

Most optical quantum storage protocols, require that quantum information be transferred from photons to long-lived atomic superposition states. The basic ingredient to achieve this transfer is three-level Lambda system, where two ground state sublevels are optically coupled to a common upper level. The optical excitation is then stored as a superposition state of the two ground state sublevels. Because they offer long optical and hyperfine coherence lifetimes, rare earth ion-doped crystals are promising candidates for these applications. This thesis is devoted to the study of the thulium ion, a non-Kramers rare earth ion, as an alternative to Pr and Eu ions that have long been considered as the only possible candidates for quantum memory demonstration. With a 1/2 nuclear spin, thulium exhibits a simple nuclear Zeeman structure, where the level spacing is easily controlled with an external magnetic field. In addition, the 793 nm absorption wavelength of Tm lies in the range of semi-conductor laser sources, that are easy to stabilize below 1kHz. In this work, we have built a three-level Lambda system in Tm:YAG. We have also optically manipulated a nuclear spin superposition state with three-level coherent processes such as Raman echo and STIRAP. The results show that thulium is a good candidate for the demonstration of some quantum memory
La plupart des protocoles de stockage quantique de l'information reposent sur l'enregistrement d'un signal lumineux dans une superposition d'états de longue durée de vie. L'élément clé pour réaliser un tel enregistrement est un système atomique à 3 niveaux en Lambda, où deux sous-niveaux fondamentaux sont couplés optiquement à un même niveau supérieur. L'excitation optique est alors stockée dans une superposition des deux sous-niveaux fondamentaux. Les cristaux dopés aux ions de terre rare sont des candidats prometteurs pour ces applications, car ils présentent des durées de vie des cohérences optiques et hyperfines particulièrement longues. Cette thèse est consacrée à l'étude de l'ion thulium, un ion de terre rare non-Kramers, comme alternative aux ions Pr et Eu qui ont longtemps été considérés comme étant les seuls candidats possibles pour la réalisation d'une mémoire quantique. Grâce à son spin nucléaire 1/2, le thulium présente une structure de sous-niveaux Zeeman nucléaires particulièrement simple, dont l'espacement peut être aisément contrôlé à l'aide d'un champ magnétique externe. De plus, la longueur d'onde d'absorption du thulium à 793 nm est accessible aux lasers à semi-conducteurs qui peuvent être facilement stabilisés en dessous du kHz. Au cours de cette thèse, nous avons construit un système à 3 niveaux en Lambda dans le Tm:YAG. Nous avons également mis en oeuvre des processus cohérents permettant de manipuler optiquement un état de superposition de spin nucléaire, comme les échos Raman et le STIRAP. L'ensemble des résultats obtenus montrent que le thulium est un bon candidat pour la démonstration de certains protocoles de mémoire quantique.
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Dates et versions

tel-00345345 , version 1 (08-12-2008)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00345345 , version 1

Citer

Anne Louchet. Manipulation optique d'une cohérence de spin nucléaire dans l'ion thulium en matrice cristalline. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Paris Sud - Paris XI, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00345345⟩
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