L'électrodynamique quantique en cavité est une branche de la physique quantique qui utilise des atomes piégés entre deux miroirs (une cavité) pour les faire interagir avec des photons. Elle permet de faire progresser notre compréhension des phénomènes quantiques et constitue aujourd'hui un champ de recherche actif.
Des études précédentes ont démontré un fort couplage entre un atome individuel et un photon dans la cavité, de sorte que l'atome et le photon forment une entité inséparable.
L'équipe de Jakob Reichel, au LKB, ajoute un nouvel ingrédient à l'électrodynamique quantique en cavité. L'expérience utilise non plus un seul mais des milliers d'atomes, ce qui renforce l'intensité du couplage. De plus, les atomes sont présents dans la cavité sous forme d'un condensat de Bose-Einstein
(1), ce qui permet notamment un excellent contrôle de la position des atomes, et donc de leur couplage à la cavité. Ce résultat est une première, qui a été réalisée grâce à l'association d'un nouveau type de cavité microscopique
(2) et d'une "puce à atome", laquelle miniaturise le dispositif expérimental et simplifie la production du condensat. Ces deux technologies constituent le couple parfait pour ce genre d'expérience.
Dans le cercle agrandi, deux paires de fibres optiques forment deux cavités microscopiques.
La puce à atomes, en bas à gauche, forme l'une des parois d'une petite enceinte à vide,
dans laquelle on crée le condensat de Bose-Einstein.
Elle permet de positionner le condensat dans la cavité entre deux fibres
Cette expérience pourrait conduire à des applications dans le domaine des communications et de l'informatique quantique.
Notes:
(1) Le condensat de Bose-Einstein est un nuage d'atomes ultrafroids qui occupent tous l'état quantique fondamental ; sa taille est réduite à son minimum théorique.
(2) Des fibres optiques sont modelées par un laser de puissance pour produire des surfaces de miroir extrêmement lisses, puis sont placées face à face, à 39 micromètres de distance.