Spectroscopy and thermometry of single ⁸⁸Sr⁺ ions captured in micro-fabricated surface traps : theoretical and experimental aspects

Spectroscopie et thermométrie d’ions uniques ⁸⁸Sr⁺ capturés dans des micropièges surfaciques aspects théoriques et expérimentaux

Vincent Tugaye (1)

1 MPQ (UMR_7162) - Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques

Trapped ions are a very promising platform for implementing the ideas of the field of quantum computing, but quite a few technical limitations have yet to be overcome. One of them, the anomalous heating phenomenon, limits the prospects of the micro fabricated surface traps, a powerful tool that could help scaling up the platform.This memoir presents the theoretical and experimental tools that I developed in order to measure this effect, as well as a few applications of the method designed to the precision spectroscopy of dipole allowed transitions.These tools are: a sequential acquisition technique designed to control the effect of the emission/absorption of photons on the movement of the ion in interaction with a set of lasers, and a method of resolution of the optical Bloch equations that allows us to link the photon scattering rate of the ion to its state of motion in the absence of adiabatic approximation.

Si les ions piégés sont une plateforme de choix pour la mise en pratique des idées issues du domaine du calcul quantique, de nombreuses limitations techniques demeurent. L’une d’elle, le chauffage anormal, limite les possibilités de la technologie des micropièges surfaciques, un outil qui pourrait simplifier le problème de la mise à l’échelle de la plate- forme.Ce manuscrit expose les outils théoriques et expérimentaux développés au cours de cette thèse pour mesurer ce phénomène. Nous présenterons aussi l’application de ces méthodes à la spectroscopie de précision.Ces méthodes reposent sur deux outils en particulier : une technique d’acquisition séquentielle de la fluorescence d’un unique ion en interaction avec plusieurs lasers conçue pour contrôler l’effet des absorptions/émission de photons sur le mouvement de l’ion, et une méthode de résolution des équations de Bloch optiques permettant de faire le lien entre le mouvement de l’ion et son niveau de fluorescence, sans recourir à une approximation adiabatique.

Mots clés: Optical Bloch equations; Spectroscopy of dipole allowed transitions; Anomalous heating

Mots clés: Équations de Bloch optiques; Spectroscopie sur raie large; Chauffage anormal

Domaines: Autre [cond-mat.other]

Vincent Tugaye. Spectroscopie et thermométrie d’ions uniques ⁸⁸Sr⁺ capturés dans des micropièges surfaciques aspects théoriques et expérimentaux. Autre [cond-mat.other]. Université Paris Cité, 2020. Français. ⟨NNT : 2020UNIP7236⟩. ⟨tel-03421162⟩