Vers l'enregistrement d'un signal quantique dans des ions de terre rare en matrice cristalline
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This thesis relates to preliminary studies aiming to achieve quantum memories in rare earth ions doped inorganic crystals. If photons are the best vectors for information transport, materials systems represent the best quantum objects to achieve inforrmation storage and manipulation. As they are insensitive to decoherence by spontaneous emission, Raman transitions are an interesting process to realize the light-matter coupling. Rare earth ions have been chosen because they exhibit relatively long coherence lifetime. After a detailed presentation of the different rare earth ions and the different crystals, we justify the choice of working on Thulium:YAG ions, for which we built a stabilised laser. We discuss on the possibility to create an efficient three-level system in this material with the help of an external magnetic field, using the coupled effect of hyperfine interaction and electronic Zeeman interaction. We present the experimentals results of spectroscopy of Thulium ion in a magnetic field and we measure the system gyromagnetic factors, which present a good agreement with the theoretical values. We present the three-level system preparation procedure, aiming to eliminate the transitions inhomogeneous broadening. We describe a first coherent manipulation process of a thulium ions macroscopic ensemble: the population adiabatic transfer between two levels of the system, using the "Complex Hyperbolic Secant" excitation procedure. Transfer rates of about 95% have been achieved
Abstract FR:
Cette thèse présente des études préliminaires visant à réaliser des mémoires quantiques dans des ions de terre rare en matrice cristalline. Si les photons sont les meilleurs vecteurs pour le transport d'information, les systèmes matériels représentent les meilleurs objets quantiques pour réaliser des opérations de stockage et de traitement de l'information. Les transitions Raman sont un processus intéressant pour réaliser le couplage lumière-matière car elles sont insensibles à la décohérence par émission spontanée. Les ions de terre rare ont été choisis car ils présentent des durées de vies de cohérence relativement longues. Après une présentation détaillée des différents ions de terre rare et des différentes matrices cristallines, on justifie le choix de travailler sur l'ion Thulium:YAG pour lequel un laser stabilisé a été réalisé. On discute de la façon de créer un système à trois niveaux efficace dans ce matériau à l'aide d'un champ magnétique, en utilisant l'effet couplé de l'interaction hyperfine et de l'effet Zeeman électronique. On présente les résultats expérimentaux de spectroscopie de l'ion Thulium en champ magnétique et on mesure les facteurs gyromagnétiques de ce système, en bon accord avec les valeurs théoriques. On détaille la procédure de préparation du système à trois niveaux de façon à éliminer l'effet de l'élargissement inhomogène des transitions. On décrit enfin une première opération de manipulation cohérente d'un ensemble macroscopique d'ions Thulium: le transfert adiabatique de population entre deux niveaux du système, par excitation cohérente "Sécante Hyperbolique Complexe". Des taux de transfert de l'ordre de 95% ont été atteints.