Les interactions entre les photons et la matière

Claude N. Cohen-Tannoudji, J. Dupont-Roc, G. Grynberg

Thomas W. Ebbesen

EnseignementCours – Les interactions lumière-matière en chimie physiqueLeçon inaugurale – L’alchimie du vide. Interactions lumière-matière en chimie physiqueLa leçon inaugurale du 2 mai 2018 et les cours qui ont suivi ont été centrés sur les interactions entre la lumière et la matière et sur leurs manifestations en chimie et dans les milieux moléculaires. Les interactions lumière-matière sont fondamentales pour l’existence de la vie et de la matière, telles que nous les connaissons, et elles...

Sean Bailly

Sara Pancaldi

Construction d'un nouveau dispositif flexible pour la mesure des effets collectifs lumière-matière dans un nuage atomique dense Cette thèse décrit la construction, la caractérisation et l'évaluation comparative d'un dispositif expérimental qui fournit une plateforme basée sur des atomes froids pour étudier les interactions lumière-matière.Le dispositif repose sur une conception sous vide très compacte, comprenant une cellule en verre comme chambre scientifique. L'objectif du dispositif est de piéger un grand nombre d'atomes, de l'ordre de plusieurs milliers, dans un piège dipolaire de faible volume, appelé « pince optique ».Les interactions entre les atomes et la lumière sont bien comprises dans le cas d'un ensemble d'émetteurs à deux niveaux couplés indépendamment au champ lumineux, mais dans ce dispositif, le nuage atomique atteint des densités si élevées que le couplage dipolaire entre les émetteurs joue un rôle important. Cette plateforme permet d'étudier l'effet de cette interaction collective entre les atomes et le champ lumineux sur la fluorescence atomique émise.L'intérêt fondamental est d'explorer et de caractériser les régimes dans lesquels les modèles numériques et approximatifs ne parviennent pas à prédire les observables du système, malgré la connaissance de la dynamique microscopique.La thèse présente l'intérêt théorique et la motivation de l'étude de ces effets, la construction de ce dispositif et les avantages pratiques de sa mise en place en tant que mise à niveau d'une expérience similaire plus ancienne, afin d'améliorer ses performances.La thèse détaille également les premières mesures des effets collectifs lumière-matière sur ce nouveau dispositif.

B. Dubost

L'étude de l'intéraction lumière matière avec des ensembles atomiques est un domaine de recherche actif. Ce type de système permet des études fondamentales sur la mesure dans le contexte de variables continues, l'intrication collective, et les simulations quantiques. Ce domaine de recherche est également intéressant dans le contexte de la métrologie quantique, la communication quantique et l'informatique quantique. Dans cette thèse, deux aspects complémentaires de l'intéraction lumière matière avec des ensembles atomiques ont été étudiés avec des ions piégés et des atomes neutres refroidis par laser.L'expérience basée sur les ions piégés a pour but d'évaluer la possibilité d'utiliser de grands nuages d'ions afin d'obtenir une mémoire quantique possédant un long temps de cohérence. La forte répulsion de Coulomb entre les ions les place dans un état crystallin permettant de réduire les phénomènes de décohérence. L'interaction entre la lumière et la matière dans un grand crystal de Coulomb a été mesuré et les limitations d'un tel système sont discutées. L'expérience atomes froids s'est concentrée sur l'utilisation de mesures non destructives pour détecter les états non gaussiens atomiques. Ces états sont une ressource importante pour nombre de protocoles quantiques en régime de variables continues. Cette expérience est semblable aux expériences de communication quantique qui sont actuellement menées. Le travail présenté dans cette thèse se concentre sur la détection des états non gaussiens dans des ensembles atomiques en utilisant les cumulants, et en particulier le bruit associé à la mesure des cumulants.