Réalisation, étude et exploitation d'ensembles d'ions refroidis par laser stockés dans des pièges micro-fabriqués pour l'information quantique
Institution:
Paris 7Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This PHD work aims at developing a micro-fabricated ion trap for quantum information and computation purposes. Laser cooled trapped ions are indeed among the most promising Systems to study and develop quantum information protocols: they have long coherence time and their quantum state may be entirely controlled. However ion trapping experiments are not easily scalable and trap miniaturization is an experimental challenge. This work contains a introduction to quantum information experiments with trapped ions and study the original case of quantum repeaters based on single trapped ions. In a second part, trap miniaturization is discussed emphasizing the optimization of the trap geometry. An analytical model is introduced to take into account surface charge induced fluctuating electric field in the planar ion trap geometry. The scaling of these fluctuations with the ion to electrode surface distance is discussed, as we as a possible optimization protocol based on atomic force microscopy measurements. Finally the experimental developments and results are presented, including clean room trap micro-fabrication optimization, single ion trapping and cooling in a linear Paul trap and preliminary heating rates measurements.
Abstract FR:
Cette thèse s'inscrit dans le domaine général de l'information quantique, qui cherche à tirer parti des lois de la mécanique quantique pour proposer des protocoles de traitement de l'information originaux. Ce travail se focalise sur l'un des systèmes les plus prometteurs en terme d'information quantique : les ions uniques confinés dans des pièges radio-fréquence et refroidis par laser. Une étude théorique a permis de proposer un protocole original d'échange d'états intriqués sur de longues distances, utilisant des ions piégés. L'étude de la miniaturisation des dispositifs de piégeage, permettant d'envisager la construction de futurs ordinateurs quantiques, passe par la compréhension de l'effet des défauts des électrodes sur un ion piégé : cette thèse propose un modèle analytique original permettant de calculer la loi d'échelle de l'effet des bruits électriques avec la taille du piège. Ce modèle servira à optimiser le protocole de fabrication de pièges miniatures, dont les premiers échantillons ont été réalisés et sont en cours de test sur un dispositif expérimental dédié (enceinte à vide, électronique de contrôle et sources laser de refroidissement). Les premiers résultats prometteurs ont permis de démontrer le piégeage et le refroidissement d'ion uniques de Strontium refroidis par laser, dans un piège de Paul linéaire macroscopique.