Towards realisation of long-lived ensembles of circular Rydberg atoms

Vers la réalisation d'ensembles d'atomes de Rydberg circulaires à longue durée de vie La description de l’évolution des systèmes quantiques à grands nombres de particules est une tâche difficile. Leur complexité computationnelle empêche les calculs ab-initio sur des ordinateurs classiques au-delà d’une centaine de particules. Une possible alternative est la simulation quantique analogique. Dans ce contexte, notre équipe a proposé un nouveau simulateur basé sur des atomes de Rydberg circulaires piégés et protégés de l’émission spontanée. Refroidi en dessous d’un kelvin, ce dispositif atteindrait des temps de simulation plus longs, permettant ainsi l’étude de processus jusque-là hors de portée d’autres plateformes expérimentales. La première partie du manuscrit présente une expérience de thermodynamique quantique, réalisée sur un ancien montage d’électrodynamique quantique en cavité. En exploitant l’interaction entre un atome et une cavité supraconductrice, nous avons simulé des environnements associés à différents processus de décorrélation et mesuré leur production d’entropie, à l’échelle microscopique des particules quantiques uniques. La discussion met en avant les difficultés de mesure de l’entropie relative et les solutions de traitement de données utilisées. La seconde partie présente la conception et la mise en service d’un nouveau montage expérimental visant à terme la simulation d’une chaîne de spins 1/2. Pour cela, le dispositif et les procédures du précédent montage ont dû être modifiés et adaptés. L’inhibition de l’émission spontanée est réalisée par deux plaques conductrices parallèles réduisant la densité de modes dans lesquels les atomes peuvent se désexciter. Afin de maximiser le temps de vie des états atomiques, l’ensemble du montage a été conçu pour isoler les atomes tout en maintenant les moyens de contrôles nécessaires. À ce jour, le résultat le plus important obtenu est la réalisation d’une source déterministe d’atomes froids piégés dans la zone d’inhibition. Les éléments nécessaires à la préparation et la détection des atomes de Rydberg circulaires ont été assemblés et sont actuellement testés sur les atomes.