Cet axe réunit des recherches sur des phénomènes issus des concepts fondamentaux de la mécanique quantique, comme l’intrication, la décohérence, les états non-classiques, les mémoires quantiques, l’effet Casimir et les limites quantiques dans les mesures.
Le Laboratoire Kastler Brossel participe activement à l’essor de l’optique et de l’information quantiques. Après avoir été l’un des initiateurs de l’électrodynamique quantique en cavité et l’un des premiers à produire des états non-classiques du rayonnement électromagnétique, il mène aujourd’hui de nombreux travaux pionniers dans ces domaines.
L’axe Information et optique quantique regroupe ainsi quatre équipes qui s’intéressent à différents aspects liés aux concepts fondamentaux de la mécanique quantique et aux conséquences des fluctuations quantiques. Parmi les thèmes abordés, on peut citer les mesures idéales et non destructives, l’intrication et la décohérence, la génération d’états non classiques et les limites de sensibilité dans les mesures, les mémoires quantiques et dispositifs pour l’information quantique, la force de Casimir, ou encore l’interface entre fluctuations quantiques et théorie de la relativité.
Ces études sont réalisées à l’aide de systèmes variés : atomes de Rydberg couplés à des champs micro-ondes, atomes froids, puces à atomes, micro-cavités, oscillateurs paramétriques optiques, micro et nano-résonateurs optomécaniques couplés au vide du rayonnement ou à des faisceaux laser intenses.
Electrodynamique quantique en cavité
L’équipe Electrodynamique quantique en cavité réalise des mesures idéales sans démolition quantique par couplage entre des atomes de Rydberg et une cavité micro-onde. Ce couplage permet également de fabriquer expérimentalement des «chats de Schrödinger», d’étudier leur décohérence, et de réaliser des prototypes de systèmes de traitement de l’information quantique.
Optique quantique
L’équipe Optique quantique s’intéresse à la génération d’états quantiques du rayonnement, à l’étude des limites de sensibilité dans les mesures optiques et à l’étude des propriétés quantiques des systèmes optiques ayant de très nombreux degrés de liberté, spatiaux ou temporels (optique quantique multimode). La manipulation des fluctuations quantiques de la lumière, en générant des corrélations quantiques et des états intriqués, permet de réaliser des mémoires pour stocker l’information quantique des dispositifs de traitement quantique de l’information.
Le groupe s’intéresse également à des sujets à l’interface avec la physique de la matière conden- sée, tels que les gaz quantiques de polaritons dans les micro-cavités semiconductrices, et la production de photons uniques ou intriqués avec des nano-cristaux semiconducteurs.
Optomécanique et mesures quantiques
L’équipe Optomécanique et mesures quantiques étudie les effets quantiques de la pression de radiation et l’intrication par couplage optomécanique entre la lumière et des micro ou nano-résonateurs mécaniques. Au-delà de la compréhension des limites quantiques dans les mesures optiques, ces études ont des applications dans les dispositifs ultrasensibles tels que les antennes gravitationnelles et pour l’observation des fluctuations quantiques d’un résonateur mécanique macroscopique.
Fluctuations quantiques et relativité
L’équipe Fluctuations quantiques et relativité s’intéresse aux effets des fluctuations quantiques, en particulier l’effet Casimir et les forces de dispersion, la réflexion quantique ainsi que l’interface entre théorie quantique et gravitation.
Membres Permanents
Electrodynamique quantique en cavité
Permanents : Michel Brune, Igor Dotsenko, Sébastien Gleyzes, Serge Haroche, Jean-Michel Raimond, Clément Sayrin
Optique quantique
Permanents : Alberto Bramati, Claude Fabre, Elisabeth Giacobino, Quentin Glorieux, Julien Laurat, Valentina Parigi, Nicolas Treps
Optomécanique et mesures quantiques
Permanents : Tristan Briant, Pierre-François Cohadon, Samuel Deléglise, Antoine Heidmann, Thibaut Jacqmin
Fluctuations quantiques et relativité
Permanents : Jean-Michel Courty, Romain Guérout, Astrid Lambrecht, Serge Reynaud