– ALACOQ

Le stockage et la restitution d'un état quantique de lumière devrait jouer un rôle important dans les réseaux de communication quantique à grande distance. Le projet se place dans cette perspective. Il est centré sur l'étude, à un niveau de signal de quelques photons, d'architectures de stockage dans des ensembles atomiques. Les systèmes considérés sont des matériaux solides soumis à l'élargissement inhomogène. Il s'agit plus précisément de cristaux dopés en ions de terres rares, systèmes connus pour la longue durée de vie des états de superposition quantiques qu'on peut y préparer. Le stockage et la restitution de l'information quantique repose sur des conditions contradictoires. Il faut que le matériau soit complètement opaque à l'enregistrement et parfaitement transparent à la restitution du signal. Ce paradoxe apparent est résolu à l'aide de champs de contrôle intenses qui, à volonté et de manière appropriée, modifient les propriétés du milieu. Dans des protocoles de ce type, qui s'appuient sur l'EIT (Electromagnetically Induced Transparency), on se trouve alors contraint d'extraire un signal très faible du fond lumineux produit par les champs de contrôle intenses. Cependant ce mode opératoire est le seul pratiqué actuellement dans des systèmes sans élargissement inhomogène comme les nuages d'atomes froids. Dans les matériaux soumis à un élargissement inhomogène, les techniques d'écho offrent un moyen séduisant pour réaliser la séparation temporelle du signal et des impulsions de contrôle. Les techniques d'écho tirent parti du déphasage et rephasage déterministe des cohérences atomiques. Nous proposons d'explorer cette voie à un niveau de signal de quelques photons, tâche qui n'a pas, à notre connaissance, été entreprise pour l'instant. En plus d'inverser la phase de l'état de superposition porteur de l'information quantique, l'impulsion de contrôle intense affecte en même temps la distribution de population des niveaux atomiques. Ceci peut dégrader la fidélité de restitution. Pour y remédier il a été proposé de remplacer le contrôle optique par un champ électrique statique. L'opération comprend plusieurs étapes. On sélectionne d'abord un étroit groupe spectral d'atomes absorbants. On applique ensuite un gradient de champ électrique pour produire, par effet Stark, l'élargissement inhomogène souhaité. Pour inverser la phase des cohérences il suffit alors d'inverser le champ statique. L'élargissement inhomogène, produit à partir d'un groupe initial étroit d'atomes, s'effectue au détriment de l'opacité du milieu. Pour minimiser la dégradation de l'opacité on peut combiner cette procédure de contrôle électrique avec des impulsions de contrôle optique. Il a déjà été suggéré d'associer des impulsions optiques au contrôle Stark. Cependant la perspective était différente. Nous objectif est ici d'augmenter simultanément la bande passante et le temps de mémoire sans affecter l'opacité du milieu. Nous proposons d'en faire la démonstration expérimentale. Enfin nous proposons d'améliorer notre connaissance du pilotage du système à trois niveaux à l'aide de systèmes modèles simples comme un gaz d'hélium métastable et d'étudier de façon systématique des composés alternatifs ion-matrice, à la fois théoriquement et expérimentalement. ...