Atomes froids, photons, et corrélations quantiques – QuaCor

Les dispositifs dédiés à l'information, aux calculs et la communication quantiques requièrent l'utilisation conjointe de plusieurs systèmes quantiques : les photons permettent par exemple de transmettre l'information sur de grandes distances, les atomes froids piégés peuvent être manipulés et traiter des calculs quantiques, et les ensembles atomiques peuvent être utilisés comme mémoires quantiques de grande durée de vie, ainsi-que que pour la génération de corrélations non classiques. Les atomes froids représentent ainsi une plateforme prometteuse pour manipuler la lumière. Dans ce projet, nous nous focaliserons sur deux outils spécifiques dédiés à l'information quantique : les sources de photons corrélés et les mémoires quantiques, en exploitant en particulier les états quantiques collectifs et multimodes des ensembles atomiques. Nous aborderons la diffusion collective de la lumière par de grands nuages d'atomes pour optimiser ces propriétés, i. e., notre objectif est de montrer comment les interactions dipole-dipole peuvent permettre d'adapter à la fois la durée de vie et les propriétés de cohérence de la lumière émise.
Dans un premier temps, nous exploiterons les corrélations entre photons émis par des atomes saturés pour montrer comment un ensemble multi-atomes peu être utilisé comme source contrôlable de photons corrélés. Détecter les corrélations dans un grand système quantique peut être difficile, et les équipes française et brésilienne exploiteront différents dispositifs expérimentaux pour aborder ce problème. L'équipe française abordera également la question des mémoires dans un grand nuage d'atomes froids dans le régime dilué, mémoire qui se manifeste sous la forme de modes sous-radiants. L'objectif est d'exploiter plus efficacement le potentiel de ces états de longue durée de vie, à la fois en terme de couplage et d'extraction de l'information. L'équipe expérimentale brésilienne se penchera sur le régime dense, où l'optique de champ proche échoue à cause des corrélations entre les dipoles atomiques. Pour finir, l'un des objectifs théoriques sera de déterminer comment générer et détecter des corrélations quantiques entre atomes dans un grand nuage dilué, grâce aux oscillations de Rabi collectives ou par synchronisation.