Atomic ensembles in a microcavity : from cavity protection to single atom control

Ensembles atomiques en microcavité : de la protection par la cavité au contrôle d'atomes uniques Générer et manipuler des états quantiques intriqués multiparticules est un des défis excitants de la physique expérimentale moderne. À cette fin, nous avons construit une plateforme où des atomes froids sont fortement couplés à une microcavité optique fibrée, sous un microscope de gaz quantique. Piégés dans un réseau à 1560nm, les atomes ont un couplage fort et homogène à la sonde à 780nm. Celui-ci permet leur interaction cohérente avec la cavité, malgré la forte hétérogénéité en fréquence induite par le piège. C'est la première observation d’un effet de protection par la cavité avec moins de 200 émetteurs. Nous mesurons le couplage croissant des états noirs à la cavité à mesure que le désordre l'emporte sur l'interaction collective. Dans le régime protégé nous démontrons la modulation en fréquence des polaritons, via la fréquence atomique. Ensuite, nous mettons en place des pinces optiques dans la microcavité, pour générer et manipuler plusieurs atomes uniques. La cavité permet la détection rapide et non destructive d'un atome unique dans une pince. Par une mesure du doublet de Rabi, nous démontrons son couplage fort à la cavité, avec une coopérativité effective de 30. Pour finir, nous obtenons des atomes uniques dans une chaine de 9 pinces. Ce travail conduira à la manipulation de plusieurs atomes individuels, fortement couplés à la cavité, avec des applications en métrologie quantique multiparamètre, mettant à profit des états intriqués spatialement étendus et localement mesurables, et la simulation quantique d'une chaine de spins adressables, avec des interactions de portée infinie via la cavité.