Pile logicielle complète pour contrôler les ordinateurs quantiques et simulateurs d'atomes de Rydberg ultra-froids Dans cette étude, je relève le défi de contrôler les ordinateurs quantiques et les simulateurs basés sur les architectures d'atomes de Rydberg ultra-froids. Deux conceptions matérielles sont explorées: les atomes individuels et les petites ensembles atomiques, utilisant le Potassium-39(39K). Je détaille de nouveaux protocoles de portes quantiques, y compris celui pour l'interaction dipolaire de Rydberg. Des méthodes expérimentales pour préparer des états quantiques et réaliser une manipulation globale cohérente sont présentées, avec des configurations avancées utilisant le pompage optique et les champs micro-ondes spatiaux modulés.De plus, je présente la Boîte à Outils de Traitement de l'Information Quantique Atomique (AQiPT),une architecture logicielle basée sur Python. AQiPT abstrait le matériel, les logiciels et les systèmes quantiques, permettant une programmation complète et un accès transparent à la surveillance, à la gestion des données et aux simulations liées. Ces contributions posent les bases pour une plateforme d'atomes de Rydberg ultra-froids à pile complète, aider à jeter les bases une nouvelle ère pour l'informatique quantique et la simulation numérique.
Notre activité de recherche, commencée en 1988, comporte deux périodes. La première, jusqu'en 1995, fut consacrée à la théorie du refroidissement d'atomes par laser : nous avons effectué une étude entièrement quantique du refroidissement à gradient de polarisation, et grâce à la méthode des fonctions d'onde Monte-Carlo, reformulation stochastique de l'équation pilote que nous avons contribué à développer, nous avons pu reproduire les résultats expérimentaux à trois dimensions. La deuxième période, commencée en 1995, est consacrée à la théorie des gaz quantiques, en particulier des condensats de Bose-Einstein : nous avons clarifié le concept de phase d'un champ atomique et prédit une dynamique quantique non triviale de cette phase; nous avons trouvé des solutions par changement d'échelle décrivant l'évolution d'un gaz quantique dans un potentiel harmonique dépendant du temps; nous avons découvert le mécanisme de formation des réseaux de tourbillons quantiques à l'oeuvre dans les expériences du groupe de Jean Dalibard; nous avons étudié quelques propriétés classiques et quantiques des solitons d'ondes de matière et nous avons proposé une méthode ayant permis la première observation expérimentales de ces solitons; nous avons développé de nouveaux outils pour la théorie des gaz quantiques, comme des méthodes de champ classique, de Monte-Carlo quantique et une extension de la méthode de Bogoliubov aux quasi-condensats en dimensionalité réduite.
La thématique des atomes ultra-froids s’est développée au cours des trente dernières années, avec des contributions de premier plan par un grand nombre de chercheurs français. Dans cet article, nous proposons d’introduire quelques notions fondamentales sur la question du contrôle des degrés de liberté externes des atomes avec des lasers. Nous commencerons par définir ce que l’on entend par une assemblée d’atomes (ultra)-froids, puis nous indiquerons les techniques de base qui permettent successivement de ralentir, refroidir, et piéger des atomes. Enfin, nous évoquerons comment la course aux basses températures a permis des manifestations spectaculaires du caractère quantique de gaz atomiques, en particulier à travers l’obtention de condensats de Bose-Einstein.