adiabatic protocols for slowing down and storing light in a Tm:YAG crystal
protocoles adiabatiques pour le ralentissement et le stockage de la lumière dans un cristal de Tm:YAG
Résumé
Many laboratories work on the development of quantum memories, a key element of quantum information systems. The quantum memories for light in particular should play an important role in quantum communication networks over long distances. A quantum memory consists in a set of atoms on which one transposes the state of the light signal, the memory must be able to save this state for a sufficiently long time, then return it faithfully. To date, the effort has focused on protocols related to electromagnetically induced transparency (EIT), implemented in clouds of atoms cooled by laser. I work on an alternative system, the rare earth ions in crystalline matrix (TRMC). In this system, atoms are stricltly motionless. Moreover, the lifetime of quantum superposition states, carrying the information is very long at low temperatures. The inhomogeneous broadening of optical transitions, however, clearly distinguishes the TRMC from laser cooled atoms. Taking advantage of this feature, I propose an original storage protocol. I explore the theoretical and experimental sides of this new protocol.
De nombreux laboratoires travaillent à la mise au point de mémoires quantiques, élément clef des systèmes d'information quantique de l'avenir. Les mémoires quantiques pour la lumière devraient en particulier jouer un rôle important dans les réseaux de télécommunications quantiques à grande distance. Constituée d'un ensemble d'atomes sur lequel on transpose l'état du signal lumineux, la mémoire doit être capable de sauvegarder cet état pendant un temps suffisamment long, puis de le restituer avec efficacité et fidélité. A ce jour, l'effort a surtout porté sur des protocoles liés à la Transparence Induite Electromagnétiquement (EIT), mis en oeuvre dans des nuages d'atomes refroidis par laser. Mon travail porte sur un système alternatif, les ions de terres rares en matrice cristalline (TRMC). Ces matériaux offrent une immobilité plus grande que les atomes froids. Par ailleurs, la durée de vie des états de superposition quantique, porteur de l'information stockée, y est très longue à basse température. L'élargissement inhomogène des transitions optiques distingue cependant nettement les TRMC des atomes refroidis par laser. Tirant parti de cette caractéristique, je propose un protocole de stockage original que j'explore sur le plan théorique et expérimental.
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