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15 mars 2021
Dans une étude publiée le 24/02/2021 dans la revue Communications Physics du groupe Nature, une équipe du SYRTE (Observatoire de Paris-PSL, CNRS, SU, LNE) vient de démontrer une nouvelle technologie de détection d’un gaz d’atomes refroidis par laser basé sur les propriétés magnétiques du gaz polarisé.
La technique a été démontrée sur une mélasse d’atomes froids, non piégés, qui est la situation la plus employée parmi les interféromètres et capteurs inertiels atomiques conventionnels
Un cornet (à droite, en bleu) émet et reçoit un champ électromagnétique micro-onde en interaction avec les atomes refroidis par laser représentés en rouge.
Une réalisation optimale utiliserait en fait des guides d’onde placés sur un même plan (on parle de puces à atomes) comme source de rayonnement micro-onde. Un tel dispositif permettrait ainsi une détection quantique non destructive, locale, à haute bande passante, et intégrée sur microcircuit. Ainsi c’est un cap technologique important qui vient d’être franchi pour la fabrication industrielle de capteurs quantiques compacts à atomes froids.
La méthode a été démontrée sur le système expérimental Gyrachip de l’équipe Interférométrie Atomique et Capteurs Inertiels du SYRTE Copyright : Cyril FRESILLON / SYRTE / FIRST-TF / CNRS Photothèque.
Méthode
La méthode utilise un champ micro-onde émis par une antenne cornet. Le principe est de mesurer la résistance de rayonnement du cornet, qui dépend de la présence d’atomes froids et de leur état de spin atomique. Ainsi, en mesurant la puissance du signal micro-onde réfléchi, et donc non émise par l’antenne, les chercheurs ont pu ensuite mesurer le spectre atomique, c’est à dire la variation de la réponse du gaz d’atomes froids en fonction du désaccord de fréquence avec la transition hyperfine d’horloge.
Spectre atomique par réflexion micro-onde, et spectre atomique par imagerie d’absorption
Ensuite, en utilisant deux antennes, un cornet et un monopole, les chercheurs ont observé des oscillations de Rabi en mode stroboscopique : dans cette configuration, le signal réfléchi au niveau du cornet était utilisé pour détecter les oscillations de Rabi, et donc l’état du spin collectif des atomes, tandis que l’antenne monopole était employée pour piloter la dynamique du spin atomique. Enfin les chercheurs ont montré avec cette technique la nature non-destructive de la méthode, ainsi qu’une bande passante de détection (autour de 30 kHz) largement supérieure à celle typiquement possible dans les expériences d’atome froids.
En savoir plus :
Lire l’article dans Communications Physics "Nondestructive microwave detection of a coherent quantum dynamics in cold atoms", William Dubosclard, Seungjin Kim, Carlos L. Garrido Alzar
Lire l’article "L’autre révolution quantique" dans le journal du CNRS
Lire la brève sur le site du CNRS-INSU
Contact chercheur :
Carlos L. Garrido Alzar,
carlos.garrido@obspm.fr