Dynamique quantique des atomes froids dans une onde stationnaire

Jean Ringot

En soumettant un nuage d'atomes de césium refroidis par laser à une onde stationnaire pulsée périodiquement, nous avons réalisé expérimentalement un système quantique dont la dynamique dans la limite classique (h 0) est chaotique. Ce système est un modèle de choix pour des études de chaos quantique unidimensionnel. Grâce à des mesures de distributions de vitesses atomiques par spectroscopie Raman stimulé, nous avons pu mettre en évidence le phénomène de localisation dynamique qui provoque un gel de la diffusion des impulsions atomiques par interférences quantiques. En superposant une seconde série de forçage périodiques, nous avons formellement ajouté une dimension au système. Nos observations ont montré la sensibilité du système au rapport des deux périodes de forçage. La localisation dynamique apparaît ou disparaît selon que le rapport est un irrationnel ou non.

Robin Kaiser, Michèle Leduc, Hélène Perrin

Robin Kaiser, Michèle Leduc, Hélène Perrin

Ruiyang Huang

Quantum gas manipulation by doubly-dressed states potentials : beyond hermitian dynamics Le gaz atomique ultra-froid est un système quantique bien isolé de l’environnement, dont l’interaction avec la lumière est bien comprise. Le gaz ultra-froid devient un simulateur quantique très performant à placer sous un potentiel sur mesure généré par la lumière. L’observation de la dynamique des atomes apporte des réponses à de nombreux phénomènes quantiques, tels que l’effet Hall quantique fractionnaire, les isolants topologiques et la supraconductivité. Dans ce contexte, les microscopes à gaz quantique, limités par la diffraction, sont devenus des outils standard pour sonder ces systèmes complexes et mesurer les corrélations de densité atomique entre les sites du réseau. De plus, la capacité à manipuler le gaz quantique à l’échelle microscopique ouvre l’accès à la physique des systèmes à N corps en déséquilibre. Dans ce travail de thèse, nous étudions le contrôle sub-longueur d’onde sur des atomes ultra-froids à l’aide d’une méthode d’état excité habillé. Nous avons d’abord caractérisé le spectre de l’état excité. À partir des Lindblad master equations, une nouvelle forme de potentiel d’état fondamental a été proposée pour expliquer la dynamique cohérente de la fonction d’onde atomique. Nous avons confirmé expérimentalement la justesse de cette proposition grâce à la diffusion de Kapitza-Dirac. Nous avons ensuite réalisé une microscopie sub-longueur d’onde sur le plus petit objet quantique que nous pouvions réaliser : la fonction d’onde atomique comprimée dans un réseau optique dense. Grâce à cette technique de microscopie, nous avons pu résoudre spatialement la dynamique de tunneling cohérent entre les sites du réseau. En introduisant un canal de désintégration résolu par site, l’effet Zeno quantique a été observé pendant le tunneling, ouvrant la voie au contrôle cohérent d’une fonction d’onde atomique à des échelles sub-longueur d’onde.

Tom Bienaim

Julien Chabé

En utilisant des atomes refroidis par laser placés dans une onde stationnaire pulsée nous réalisons expérimentalement un système quantique présentant une dynamique chaotique à la limite classique appelé « kicked rotor ». Le kicked rotor est le paradigme de l'étude du chaos quantique. Un tel système présente un phénomène de « localisation dynamique » correspondant à la suppression de la diffusion ergodique par des interférences quantiques. Après un temps caractéristique, la distribution en impulsion est gelée à un état stationnaire et son énergie cinétique atteint une valeur asymptotique. Le forçage périodique du kicked rotor est une condition nécessaire à l'apparition de la localisation dynamique. Dans ce cas, on montre que la localisation dynamique est équivalente à un modèle d'Anderson à une dimension pour les solides désordonnés. De nombreuses études numériques ont étudié l'analogie avec le modèle d'Anderson à deux et trois dimensions lorsque le forçage comporte deux et trois fréquences. Nous proposons une étude expérimentale de la destruction de la localisation dynamique par un forçage à deux fréquences en introduisant progressivement une seconde fréquence dans le forçage. Celle-ci révèle l'existence d'une loi d'échelle quantique concernant la délocalisation. Pour le modèle avec forçage à trois fréquences correspondant au modèle d'Anderson à trois dimensions les expériences montrent l'existence d'une transition de phase entre un état localisé et un état délocalisé.