Physique à quelques et à N- corps dans les gaz de Rydberg froids

Paul H. Huillery

Published Mar 12, 2013• 0 citations

Abstract

Au cours de cette thèse, la physique des systèmes en interaction à été étudié expérimentalement à partir de gaz froids d'atomes de Rydberg. Les atomes de Rydberg sont des atomes dans un état fortement excités et ils ont la propriété d'interagir fortement du fait d'interactions électrostatiques à longue portée. Le premier résultat majeur de cette thèse est l'observation expérimentale d'un processus à quatre corps. Ce processus consiste en l'échange d'énergie interne entre quatre atomes de Rydberg induit par leurs interactions mutuelles. Il a été possible, en plus de son observation expérimentale, de décrire théoriquement ce processus, au niveau quantique. L'excitation par laser des gaz d'atomes de Rydberg en forte interaction a aussi été étudiée durant cette thèse. Cette situation donne lieu à de très intéressants comportements à N-corps. Ce sujet d'intérêt fondamental pourrait aussi amener à d'éventuelles applications pour la réalisation de simulateurs quantiques ou de sources de lumière non classiques. Un second résultat majeur de cette thèse est l'observation expérimentale d'une statistique fortement sub-poissonienne, i.e corrélée de l'excitation Rydberg. Ce résultat confirme le caractère à N-corps de tels systèmes. Le troisième résultat majeur de cette thèse est le développement d'un modèle théorique pour l'excitation par laser des gaz d'atomes de Rydberg en forte interaction. En utilisant les états quantiques dit états collectifs de Dicke, il a été possible de mettre au jour de nouveaux mécanismes liés au comportement à N-corps de ces sytèmes atomiques en forte interaction.

DOI: 10.70675/9a9dddf4zd904z4a66z8817z06c2508e1f5c

Related papers

Contribution experimentale et theorique a l'etude des effets a n corps dans un gaz de rydberg gele de cesium

I. Mourachko

Cette these concerne l'etude des effets a n corps dans un gaz d'atomes de rydberg froids de cesium obtenu en utilisant un piege magneto-optique. Le processus d'echange resonnant d'energie interne regi par l'interaction dipole-dipole a ete etudie experimentalement dans des conditions ou le gaz atomique peut etre considere comme fige : un gaz de rydberg gele. Les profils des resonances observees presentent des largeurs beaucoup plus grandes que celles qui correspondraient aux interactions dipole-dipole moyennes entre les atomes de rydberg proches voisins, comme celles prevues par un modele de gaz dilue ou les collisions binaires predominent. Le systeme mesoscopique d'atomes de rydberg froids s'apparente davantage a un solide amorphe ou les effets a n corps deviennent importants. Un modele phenomenologique de type reaction-diffusion a ete developpe en prenant en compte deux processus essentiels. Le premier concerne le transfert d'energie entre deux atomes tres proches conduisant a la creation d'excitations elementaires : etats de rydberg atomiques differents des etats initiaux. Le deuxieme processus correspond a une interaction a n corps conduisant a la migration diffusive de ces excitations a travers le bain des autres atomes de rydberg. Ce modele explique les particularites d'echange d'energie dans un gaz de rydberg gele : les fluctuations rares des paires d'atomes tres proches sont a l'origine des largeurs des resonances observees tandis que la diffusion des etats quantiques explique la dependance des profils des resonances avec la densite.

Jan 1, 19990 citations

Vers la manipulation optique d'atomes ultra-froids d'ytterbium excités dans des états de Rydberg

Alexandre Zuliani

Les propriétés exacerbées des atomes de Rydberg ont permis d'étendre les possibilités offertes par les atomes froids dans la création de gaz d'atomes en très forte interaction, avec des applications notamment en simulations quantiques, dans la physique à N corps ou dans la réalisation de portes quantiques grâce au phénomène de blocage dipolaire. L'utilisation des atomes de Rydberg froids est cependant actuellement limitée par le fait qu'il n'est pas possible de continuer d'appliquer les techniques expérimentales de manipulation optique avec les atomes à un électron actif. L’attention de la communauté des atomes de Rydberg froids s’est donc récemment portée sur les atomes à deux électrons actifs qui offrent la possibilités, une fois l’un des deux électrons excité vers un état de Rydberg, de disposer d’un second électron optiquement actif qu’il va être possible de manipuler par laser. L’objectif de cette thèse est d’étendre les techniques de manipulation optique aux atomes à deux électrons actifs excités dans des états de Rydberg, dans le cas de l’atome d’ytterbium. Elle présente d’une part la conception et l’assemblage du dispositif expérimental permettant l’obtention d’une source d’atomes de Rydberg froids d’ytterbium. A terme, ce montage permettra la manipulation optique de ces atomes de Rydberg. D’autre part, elle présente le développement d’un modèle numérique implémentant la théorie du défaut quantique à plusieurs voies pour permettre la détermination théorique du spectre énergétique de l’ytterbium ainsi que son comportement sous l’effet de perturbations extérieures.

Nov 25, 20150 citations

Conservative optical potential applied on divalent Rydberg atoms towards quantum simulation

Ky-Luc Pham

Un des enjeux de la physique moderne porte sur la compréhension de systèmes physiques à N corps en interactions. Les atomes de Rydberg sont des atomes dans un état très excité et possèdent ainsi des interactions fortes à longues portées qui s'avèrent justement utiles pour l'étude de ces systèmes à nombreux corps. L'application des techniques de manipulation optiques généralement utilisées sur les atomes froids à ces atomes de Rydberg ouvrirait la voie à des opportunités dans le domaine de la simulation quantique. L'utilisation des atomes froids alcalins est cependant limitée par l'absence de transition optique car leur unique électron de valence est porté dans un état de Rydberg. L'attention s'est donc portée sur les atomes divalents tels que l'Ytterbium. La présence d'un 2ème électron fournit les transitions optiques nécessaires à l'application des techniques de manipulation optique tandis que l'autre électron est dans un état de Rydberg. Cependant, lorsque l'atome est doublement excité, il peut s'auto-ioniser car son énergie dépasse la limite d'ionisation. Trouver un moyen de s'affranchir de cette auto-ionisation permettrait de manipuler les atomes dans un état de Rydberg. Cette thèse présente en premier lieu les modifications apportées au montage expérimental permettant les nouvelles études réalisées. Une étude théorique d'une spectroscopie à 3 photons des états de Rydberg de l'ytterbium a été réalisé en amont pour préparer le dispositif expérimental à cette futur expérience. On y présente ensuite le résultat majeur de cette thèse : la possibilité d'exercer une force optique sur des atomes d'ytterbium dans des états de Rydberg par excitation du coeur isolé en inhibant l'auto-ionisation. Enfin, une étude théorique sur les résonances de Förster dans le césium et le rubidium est effectuée. Ces études ouvrent la voie à la mise en œuvre de simulateurs quantiques avec des atomes de Rydberg.

Feb 25, 20220 citations

Application d'un potentiel optique conservatif sur des atomes de Rydberg divalents pour la simulation quantique

Ky-Luc Pham

Feb 25, 20220 citations

Study of dipole-dipole interaction between Rydberg atoms : toward quantum simulation with Rydberg atoms

Thanh Long Nguyen

La simulation quantique offre un moyen très prometteur pour comprendre les systèmes quantiques corrélés macroscopiques. De nombreuses plateformes expérimentales sont en cours d'élaboration. Les atomes de Rydberg sont particulièrement intéressants grâce à leur forte interaction dipolaire de cours portée. Dans notre manip, nous préparons et manipulons des ensembles d'atomes de Rydberg excités à partir d'un nuage atomique ultra-froid piégé magnétiquement sur une puce à atome supraconductrice. La dynamique de l'excitation est contrôlée par le processus d'excitation du laser. Le spectre d'énergie d'interaction atomique des N corps est mesuré directment par spectroscopie micro-onde. Dans cette thèse, nous développons un modèle Monte Carlo rigoureux qui nous éclaire sur le processus d'excitation. En utilisant ce modèle, nous discutons de la possibilité de réaliser des simulations quantiques du transport d'énergie sur une chaîne 1D d'atomes de Rydberg de faible moment angulaire. De plus, nous proposons une plateforme innovante pour la réalisation de simulations quantiques. Elle repose sur une approche révolutionnaire basée sur un ensemble d'atomes de Rydberg dont le temps de vie est extrêmement long, qui interagissent fortement et qui sont piégés par laser. Nous présentons les résultats de simulations numériques et nous discutons du large éventail de problèmes qui peuvent être traités avec le modèle proposé.

Nov 18, 20162 citations

Study of dipole-dipole interaction between Rydberg atoms : toward quantum simulation with Rydberg atoms

Thanh Long Nguyen

Étude de l'interaction dipolaire entre atomes de Rydberg : vers la simulation quantique de chaînes de spin La simulation quantique offre un moyen très prometteur pour comprendre les systèmes quantiques corrélés macroscopiques. De nombreuses plateformes expérimentales sont en cours d'élaboration. Les atomes de Rydberg sont particulièrement intéressants grâce à leur forte interaction dipolaire de cours portée. Dans notre manip, nous préparons et manipulons des ensembles d'atomes de Rydberg excités à partir d'un nuage atomique ultra-froid piégé magnétiquement sur une puce à atome supraconductrice. La dynamique de l'excitation est contrôlée par le processus d'excitation du laser. Le spectre d'énergie d'interaction atomique des N corps est mesuré directment par spectroscopie micro-onde. Dans cette thèse, nous développons un modèle Monte Carlo rigoureux qui nous éclaire sur le processus d'excitation. En utilisant ce modèle, nous discutons de la possibilité de réaliser des simulations quantiques du transport d'énergie sur une chaîne 1D d'atomes de Rydberg de faible moment angulaire. De plus, nous proposons une plateforme innovante pour la réalisation de simulations quantiques. Elle repose sur une approche révolutionnaire basée sur un ensemble d'atomes de Rydberg dont le temps de vie est extrêmement long, qui interagissent fortement et qui sont piégés par laser. Nous présentons les résultats de simulations numériques et nous discutons du large éventail de problèmes qui peuvent être traités avec le modèle proposé.

Nov 18, 20160 citations