Des atomes géants piégés par la lumière

Pour la première fois, des physiciens du Laboratoire Kastler Brossel ont réussi à piéger par la lumière des atomes géants, aussi appelés atomes de Rydberg circulaires. Ces travaux permettront de repousser les limites actuelles des technologies quantiques qui exploitent ces atomes aux propriétés remarquables.

Dans le développement des technologies quantiques actuelles, les atomes de Rydberg sont particulièrement utiles. Ces atomes géants, presqu’aussi grands qu’une bactérie, présentent en effet des propriétés remarquables. Leurs fortes interactions et leurs forts couplages aux champs électromagnétiques les rendent bien adaptés à la réalisation de sondes très sensibles de champs, de simulateurs quantiques voire d’ordinateurs quantiques. En outre, les atomes placés dans les niveaux de Rydberg vivent très longtemps, quelques centaines de microsecondes contre quelques dizaines de nanosecondes seulement pour les niveaux les moins excités. Les atomes de Rydberg circulaires, pour lesquels l’électron suit une orbite circulaire autour du noyau, sont en ce sens remarquables : leur temps de vie se mesure en dizaines de millisecondes.

Aujourd’hui, ces expériences sont toutefois limitées par le fait que les atomes de Rydberg ne sont pas piégés. La durée des expériences est ainsi limitée à quelques microsecondes par le mouvement des atomes, atomes qui se repoussent fortement par exemple quand ils interagissent entre eux. L’équipe d’Electrodynamique quantique en cavité du Laboratoire Kastler Brossel a pour la première fois réussi à maintenir au sein d’un faisceau lumineux des atomes de Rydberg circulaires, dans un travail publié dans Physical Review Letters. Les atomes sont excités au sein d’un anneau de lumière, ou faisceau de Laguerre-Gauss, dont ils ne peuvent plus sortir. L’équipe du LKB a ainsi pu piéger les atomes pendant dix millisecondes au sein du faisceau lumineux et observer les oscillations des atomes dans l’anneau. Ces expériences permettront de repousser les limites actuelles des expériences avec atomes de Rydberg, ouvrant ainsi la voie vers des sondes de champs à la sensibilité largement augmenté ou à la simulation quantique de phénomènes très lents, comme la thermalisation quantique.

Site : Journals.aps.org/prl