12 octobre 2017
Le projet ANR CaOC (Des cavités pour des horloges optiques) vise à allier des sources laser ultra-stable avec des méthodes de détection non destructive en cavité pour améliorer la stabilité des horloges optiques. Il fait partie du projet d’horloges Sr
Ce projet ANR-16-CE30-0003 est financé par l’ANR depuis janvier 2017 pour une durée de 36 mois, et mis en œuvre au SYRTE, Observatoire de Paris.
Objectifs
Plusieurs sources de bruit limitent actuellement la stabilité de fréquence des horloges à réseau optique
- L’effet Dick, qui est un effet d’échantillonnage du bruit du laser d’horloge, et limite actuelle de la stabilité pour les horloge à réseau optique
- Le bruit de projection quantique, qui est une limite fondamentale à la stabilité des capteurs quantiques. Pour une horloge à réseau optique interrogeant 104 atomes indépendants, cette limite est aux alentours de 10-17 à une seconde.
Ce projet vise à dépasser ces limites en combinant plusieurs systèmes innovants sur deux horloges à réseau optique utilisant des atomes de strontium :
- une nouvelle cavité ultra-stable de grande longueur, utilisée comme oscillateur local pour les horloges. Avec un bruit de fréquence plus faible que les lasers utilisés actuellement, cette source ultra-stable permettra de réduire l’effet Dick et ainsi se rapprocher du bruit de projection quantique
- une détection non-destructive en cavité pour la probabilité de transition dans les horloges. La non destructivité "classique" (les atomes sont toujours piégés après détection) sera utilisée pour réduire encore davantage l’effet Dick en réduisant le temps mort dans le cycle d’horloge grâce au recyclage des atomes. La non-destructivité quantique (des mesures successives de la probabilité de transitions montrent des corrélations meilleures que le bruit de projection quantique) sera utilisée pour démontrer qu’il est possible de dépasser le bruit de projection quantique dans les horloges à réseau optique.
Résultats
Une détection non-destructive a été démontrée sur l’une des deux horloges Sr du laboratoire. Elle utilise une cavité bi-chromatique pour le piégeage et la détection des atomes, et un système de détection hétérodyne.
Elle présente les caractéristiques suivantes :
- Grand rapport signal-à-bruit grâce à une finesse élevée (16000).
- Insensibilité aux sources de bruit techniques (fluctuations de la cavité ou de la fréquence du laser d’interrogation) grâce à une mesure différentielle du déphasage induit par les atomes dans la cavité.
- Couplage homogène entre les atomes et la cavité par le couplage simultané de deux modes adjacents de la cavité.
- Un bruit de détection de 4 atomes pour une détection dans le régime classique.
- Un bruit de détection de 23 atomes pour une détection dans le régime quantique.
Cette détection est donc adaptée pour démontrer une stabilité de fréquence améliorée pour les horloges strontium.
Publications
- A noise-immune cavity-assisted non-destructive detection for an optical lattice clock in the quantum regime
New J. Phys. 19 083002 (2017)
G. Vallet, E. Bookjans, S. Bilicki, U. Eismann, R. Le Targat, J. Lodewyck. - presentation au workshop du BIPM : The Quantum Revolution in Metrology (Sèvres, septembre 2017)
Non-destructive detection for strontium optical lattice clocks : towards a lattice clock in the quantum regime,
G. Vallet, S. Bilicki, E. Bookjans, R. Le Targat, and J. Lodewyck. - poster au Joint European Frequency and Time Forum (EFTF) and International Frequency Control Symposium (IFCS) (Besançon, juillet 2017)
Cavity assisted non-destructive detection for Sr optical lattice clocks,
J. Lodewyck et al.
Offres d’emploi
- Post-doc
- Stage M2/Thèse
Contact
Jérôme Lodewyck
Email : jerome.lodewyck (at) obspm.fr
Tel. : +33 (0) 1 40 51 22 24