Sidney BURKS - résumé de Thèse A reversible quantum memory

Sidney BURKS - résumé de Thèse
A reversible quantum memory allowing us to store and retrieve quantum information serves as a key necessity for implementing many of novel quantum information
protocols. As light serves as a reliable long-range carrier of quantum information, and
atoms offer the possibility of long storage times, current attempts at creating quantum memories focus on the transfer of the quantum fluctuations of light onto atomic
coherences. The work in this thesis focuses on the development of a quantum memory for squeezed
light using an ensemble of cold Cesium atoms stored in a magneto-optical trap. Our two major
milestones were the development of a source of nonclassical light, and the development of a suitable
atomic medium for storage.
We first present the results of our efforts to generate a source of squeezed vacuum
states resonant with the Cesium D2 line using a PPKTP nonlinear crystal inside of
an optical parametric oscillator. Additionally, we characterize these squeezed states
by carrying out a quantum state tomography using an iterative maximum likelihood
approach. Next we look at the development of a new experiment which would allow us to use cold
Cesium atoms as a storage medium in our recently developed magneto-optical trap. As this requires
an array of novel tools and experimental techniques, we will discuss the development of these
elements, and how they have furthered our progress towards storing quantum states onto our Cesium
atoms, and eventually entangling two atomic ensembles.
Une mémoire quantique réversible permettant de stocker et relire de l’information
quantique est une composante majeure dans la mise en œuvre de nombreux protocoles d’information
quantique. Comme la lumière est un porteur de l’information quantique fiable sur des longues
distances, et comme les atomes offrent la possibilité d’obtenir de longues durées de stockage, la
recherche actuelle sur la création d’une mémoire quantique se concentre sur la transfert des
fluctuations quantiques de la lumière sur des cohérences atomiques. Le travail réalisé durant cette
thèse porte sur le développement d’une mémoire quantique pour la lumière comprimée, utilisant un
ensemble d’atomes froids de Cesium stockés dans un piège magnéto-optique. Nos deux principaux
objectifs étaient le développement d’une source de lumière non-classique, et le développement d’un
milieu atomique pour le stockage de celle-ci.
Tout d’abord, nous commençons par présenter la construction d’un oscillateur
paramétrique optique qui utilise un cristal nonlineaire de PPKTP. Cet OPO fonctionne comme source
d’états de vide comprimé résonant avec la raie D2 du Cesium.
Nous caractérisons ces états grace à une reconstruction par tomographie quantique, en utilisant une
approche de vraisemblance maximale.
Ensuite, nous examinons une nouvelle expérience qui nous permet d’utiliser comme
milieu de stockage des atomes froids de Césium dans un piège magneto-optique récemment
développé. Car cette expérience exige l’utilisation de nouveaux outils et techniques, nous discutons le
développement de ceux-ci, et comment ils ont contribué à notre progression vers le stockage des
états quantiques dans nos atomes des Cesium, et finalement vers l’intrication de deux ensembles
atomiques.
Mots clés: optique quantique, information quantique, variables continues, mémoire
quantique, transparence induite électromagnétiquement, vapeur de césium, oscillateur paramétrique
optique, états comprimés, intrication, tomographie quantique.