Combiner atomes froids et guides d'onde à modes lents pour un couplage fort en passage unique – NanoStrong

Le projet NanoStrong vise à combiner atomes froids et guides lents à cristaux photoniques. En associant un fort confinement transverse de la lumière et une interaction exaltée via une vitesse de groupe réduite, cette réalisation fournira une nouvelle plateforme permettant un couplage fort entre atomes et photons uniques, en simple passage. Cette direction de recherche conduira à de meilleures figures de mérite que les implémentations en espace libre mais également à des fonctionnalités spécifiques qui ne sont pas réalisables dans les plateformes actuelles. Cela inclut par exemple l’adressage d’une excitation atomique collective par un photon unique et ce sans cavité. Ces fonctionnalités trouveraient de nombreuses applications pour l’optique non-linéaire quantique et l'ingénierie d'états.


Reposant sur un matériau prometteur (GaInP) maîtrisé par l'une des équipes et l'expertise unique du consortium dans le design de structure, le projet visera la réalisation d'un guide d'ondes à cristaux photoniques à mode lent couplé à un ensemble d'atomes froids piégés au-dessus de la membrane via les champs évanescents. Cette réalisation originale fournira une nouvelle plate-forme où chaque atome d'un ensemble peut fortement interagir avec un photon unique via une probabilité d'interaction exaltée, bien qu’en passage unique, contrairement aux schémas de CQED.


Plus spécifiquement, le projet NanoStrong réalisera:


-Le design et la fabrication de guides à mode lent compatibles avec des atomes alcalins
-La démonstration du piégeage d’atomes froids à proximité de la structure
-La démonstration d’un couplage efficace entre les atomes piégés et les modes de ces structures
-La réalisation d’un switch à photon unique reposant sur une réflexion conditionnelle après stockage d’une excitation collective


Pour atteindre ces objectifs, le projet NanoStrong regroupe 3 partenaires académiques. Ils rassemblent les compétences et techniques complémentaires nécessaires à sa réalisation: optique quantique, physique atomique, nanophotonique et fabrication. En raison de la nature du projet, les partenaires travailleront naturellement en collaboration très étroite. NanoStrong fournira une boîte à outils originale permettant de combiner physique atomique, optique quantique et nanophotonique. Cette boîte à outils permettra de nouvelles réalisations exploitant des interactions fortes entre photons uniques.