We report here on the realization of light-pulse atom interferometers with large-momentum-transfer atom optics based on a sequence of Bragg transitions. We demonstrate momentum splitting up to 200 photon recoils in an ultracold atom interferometer. We highlight a new mechanism of destructive interference of the losses leading to a sizable efficiency enhancement of the beam splitters. We perform a comprehensive study of parasitic interferometers due to the inherent multiport feature of the quasi-Bragg pulses. Finally, we experimentally verify the phase shift enhancement and characterize the interferometer visibility loss

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Mon travail de thèse, réalisé au LCAR, contribue au développement de nouveaux interféromètres atomiques fondés sur l'utilisation de condensats de Bose-Einstein et de réseaux optiques. Ces nouveaux interféromètres sont envisagés afin d'améliorer la sensibilité de capteurs inertiels, pour tester la gravitation ou de nouveaux modèles en physique des particules. La spécificité de l'interféromètre en construction au LCAR est sa grande séparation spatiale permettant de mettre en forme les potentiels électromagnétiques et gravitationnels à proximité des bras de l'interféromètre. Cette approche ouvre la voie à de nouvelles mesures en physique fondamentale et en métrologie. Notre dispositif est dimensionné afin de réaliser des tests de neutralité atomique avec une nouvelle méthode fondée sur la phase d'Aharonov-Bohm Scalaire. Une amélioration de plusieurs ordres de grandeur par rapport aux limites actuelles est attendue. Dans mon manuscrit de thèse, je commence par exposer les principes d'interférométrie atomique qui ont guidé le dimensionnement de notre interféromètre. Je décris la source d'atomes ultra-froids et les premiers résultats de fontaine atomique obtenus avec nos condensats de Bose-Einstein. Pour réaliser nos interféromètres atomiques, les condensats sont manipulés par des réseaux optiques dans le régime de quasi-Bragg. Afin de mieux comprendre les limites de ces séparatrices atomiques, j'ai mené une étude numérique et expérimentale que j'expose dans le troisième chapitre. Je commente notamment l'impact lié à la nature multi-ports des interféromètres atomiques réalisés dans ce régime, qui mènent à des interféromètres parasites pouvant limiter l'estimation de la phase. Enfin, lors de ma thèse j'ai démontré des mesures de déphasage interférométrique avec une séparation en impulsion correspondant à l'impulsion de 170 photons. Ce transfert d'impulsion est au niveau de l'état de l'art pour ce type de dispositif et constitue un prérequis pour l'obtention des séparations spatiales envisagées.

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Recent developments in quantum technology have resulted in a new generation of sensors for measuring inertial quantities, such as acceleration and rotation. These sensors can exhibit unprecedented sensitivity and accuracy when operated in space, where the free-fall interrogation time can be extended at will and where the environment noise is minimal. European laboratories have played a leading role in this field by developing concepts and tools to operate these quantum sensors in relevant environment, such as parabolic flights, free-fall towers, or sounding rockets. With the recent achievement of Bose–Einstein condensation on the International Space Station, the challenge is now to reach a technology readiness level sufficiently high at both component and system levels to provide “off the shelf” payload for future generations of space missions in geodesy or fundamental physics. In this roadmap, we provide an extensive review on the status of all common parts, needs, and subsystems for the application of atom-based interferometers in space, in order to push for the development of generic technology components.

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