Thèse Antibunching et Lumière Squeezée dans une Ensemble d'Atomes Froids H/F - 40

Établissement : Université Côte d'Azur
École doctorale : SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées
Laboratoire de recherche : INPHYNI - Institut de Physique de Nice
Direction de la thèse : Mathilde HUGBART ORCID 0000000250180236
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-24T23:59:59

Les atomes froids couplés à des photons constituent une plate-forme prometteuse pour l'information, l'informatique et la communication quantiques : les atomes sont des systèmes adéquats pour stocker et/ou corréler les photons, tandis que les photons eux-mêmes peuvent être des vecteurs d'information sur de grandes distances. La lumière émise par un émetteur quantique, tel qu'un atome,présente généralement des corrélations quantiques et du squeezing, qui sont au coeur de nombreuses applications des technologies quantiques. Alors que l'antibunching est l'ingrédient clé des sources de photons uniques, la lumière squeezée est un outil important pour la détection quantique avec un bruit inférieur à shot noise.
L'antibunching se produit naturellement pour la lumière émise par un émetteur quantique unique et disparaît en présence de nombreux émetteurs. Néanmoins, il est possible d'obtenir de la lumière antibunchée et squeezée en utilisant de nombreux atomes : au lieu de collecter la fluorescence des atomes, on utilise la lumière transmise à travers le nuage atomique. Cela a été démontré récemment parle groupe d'Arno Rauschenbeutel en Allemagne dans un système 1D avec des atomes froids piégés et interfacés optiquement avec une nanofibre optique [1]. Ce nouveau schéma, qui repose sur la réponse collective non linéaire des atomes, est à la fois d'un intérêt fondamental et intéressante en termes d'applications. Cependant, l'expérience sur les nanofibres nécessite une installation complexe et est difficile à mettre en oeuvre dans des applications pratiques.
L'objectif de notre expérience est maintenant d'essayer de détecter l'antibunching et la lumière squeezée avec de nombreux émetteurs quantiques dans un système 3D. Cet objectif sera mis en oeuvre et étudié dans le cadre de notre expérience sur les atomes froids, en tirant parti de notre capacité à générer des nuages d'atomes froids de grande épaisseur optique, une condition nécessaire à ce projet.La technique expérimentale est basée sur la mesure de corrélation d'intensité, un outil expérimental largement utilisé dans notre expérience pour étudier la lumière diffusée par un nuage d'atomes froids, du régime de diffusion simple au régime de diffusion multiple,et du régime classique au régime quantique [2]. La collaboration actuelle avec le groupe d'Arno Rauschenbeutel permettra enfin de déterminer les paramètres expérimentaux nécessaires à l'observation de cet antibunching.
Cette thèse est expérimentale mais peut aussi inclure des études numériques en collaboration avec Romain Bachelard (UFSCar,Brésil).

Références:
[1] A. S. Prasad et al., Nat. Phot. 14, 719 (2020). J. Hinney et al., Phys. Rev. Lett. 127, 123602 (2021).
[2] A. Eloy et al., Phys. Rev. A 97, 013810 (2017). L. Ortiz-Gutiérrez et al., New J. Phys. 21, 093019 (2019). D. Ferreira et al., Am. J.Phys. 88, 831 (2020). P. Lassègues et al, EPJD 76, 246 (2022). P. Lassègues, et al., Phys. Rev. A 108, 042214 (2023)

Cette thèse se déroulera à l'Institut de Physique de Nice, dans le groupe 'atomes froids' dirigé par William Guerin. Les expériences que nous menons utilisent un milieu original : un nuage d'atomes refroidis par laser. Les propriétés particulières de ce milieu diffusif (fortes résonances, forte non-linéarité, structure quantique interne des diffuseurs, effets mécaniques de la lumière sur les atomes, effets quantiques...) donnent lieu à une physique très riche. Nous étudions plusieurs sujets dans ce contexte. Plus généralement, nous nous intéressons aux effets collectifs dans l'interaction lumière-atomes, qui incluent la diffusion multiple de la lumière, mais aussi l'optique non linéaire ou la diffusion coopérative, dans des vapeurs froides ou chaudes.