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La lumière peut être utilisée pour contrôler les atomes individuels le long de nanofibres

Une nanofibre a un diamètre inférieur à la longueur d'onde de la lumière. En amenant des atomes très près de la surface, il est possible de coupler la lumière aux atomes.
La lumière peut être utilisée pour contrôler les atomes individuels le long de nanofibres
L'objectif initial du projet DIALON (From Dicke states to Anderson localisation of light in optical nanofibres) était d'étudier la modification des propriétés d'émission des atomes dans un guide d'ondes optique induit par l'arrangement linéaire et potentiellement régulier des atomes le long de la nanofibre.

Les travaux expérimentaux préliminaires ont cependant révélé des effets ignorés depuis longtemps et significativement nouveaux: lorsque la lumière est étroitement confinée elle devient chirale, ce qui signifie que la direction de propagation du champ de lumière et le signe du spin qu'il porte sont liés. Comme ces propriétés chirales étaient inattendues et ouvrent un nouveau champ d'étude pour ce système, il a été décidé de réorienter le projet DIALON vers ce nouvel effet.

Le projet a permis de réaliser une manipulation de résolution sous-micrométrique des atomes piégés. En exploitant les propriétés de polarisation de la lumière guidée par fibre, il a été montré que les atomes peuvent être préparés dans des états de spin quantique qui dépendent de la position des atomes autour de la nanofibre. Les atomes situés sur les côtés opposés de la nanofibre optique, à une distance inférieure à un micron, peuvent être abordés individuellement par rayonnement micro-ondes.

Au-delà du potentiel important que représente la lumière étroitement confinée, ce travail a fourni de nouveaux outils puissants pour contrôler à la fois l'état de spin quantique et la position des atomes piégés. Cela sera important pour le développement de nouveaux dispositifs nano-photoniques intégrés.

Le reste du projet a été dévoué au développement de dispositifs de ce type. L'équipe a utilisé le contrôle sur l'état quantique des atomes piégés et la polarisation des champs de lumière guidés par nanofibres pour réaliser une mémoire optique totalement basée sur la fibre. Ils ont réussi à interrompre totalement une impulsion lumineuse test et à la stocker dans l'ensemble atomique, avant de la récupérer. L'ensemble piégé dans la nanofibre constituait une mémoire optique, l'un des éléments de base nécessaires pour les réseaux d'informations quantiques optiques du futur.

Les travaux se sont enfin concentrés sur la démonstration d'un dispositif non réciproque intégré, un isolateur optique qui agit comme une voie à sens unique pour la lumière. Cela devrait ouvrir la voie au développement de nouveaux dispositifs optiques intégrés pour des réseaux classiques et quantiques à base de fibre.

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Mots-clés

Nanofibres, DIALON, guide d'ondes optiques, atomes piégés, état de spin quantique