Description du projet
Les atomes de rubidium pourraient constituer des sources de photons uniques
Les sources de photons uniques à raies limitées par transformée de Fourier se révèlent prometteuses pour une utilisation dans les technologies quantiques photoniques. De telles sources reposent sur des interactions lumière-atome résonantes au sein d’un ensemble d’émetteurs faiblement couplés. L’interférence quantique peut modifier les statistiques des photons des états cohérents faibles lorsqu’ils traversent l’ensemble. Ce mécanisme d’interférence quantique a été récemment démontré avec des atomes froids. Lorsqu’ils interagissent avec un certain nombre d’émetteurs, les états cohérents peuvent être transformés en flux de photons uniques. Financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet AVATURN prévoit d’utiliser de la vapeur atomique de rubidium au lieu d’atomes froids. Cela pourrait mener au développement de sources de photons uniques qui évitent de devoir recourir à des environnements cryogéniques.
Objectif
This project aims at developing a source of Fourier-transform-limited single-photons which does not require ultra-high-vacuum (UHV) or cryogenic environment. Thanks to these characteristics, such a source is ideally suited for practical applications. It relies on a novel approach based on a collectively enhanced resonant light-atom interaction within an ensemble of weakly coupled emitters. The key mechanism is a photon-number dependent quantum interference that can modify the photon-statistics of a weak coherent state, i.e. bunching or antibunching, when travelling through the ensemble. Interestingly, when interacting with a critical number of emitters, the coherent state can be transformed into a stream of antibunched single photons. In such a case the ensemble acts as a single-photon turnstile. The transmitted single photons are indistinguishable – an important feature for most quantum information applications. While this interference mechanism was recently experimentally demonstrated with cold atoms in our team, in this proposal we explore a whole new regime with thermal atomic vapor of Rubidium. Different strategies will be implemented to mitigate the effect of the much broader velocity class of the atoms in the thermal vapor. In particular, a velocity-selective excitation scheme will allow to circumvent the Doppler broadening. In addition to the remarkable feature of not requiring complex optical setups and cooling, this new source would generate single photons at telecom wavelength of 1529 nm, well-suited for long distance communication. On the other hand, it also enables integration with the mature technological platform of silicon photonics. Finally, in order to increase its practicability, the current proposal envisions to explore two different fiber-integrated designs for such a source: a nanofiber (evanescently coupled to the thermal vapor) and a hollow-core photonic crystal fiber (filled with the thermal vapor).
Champ scientifique
Mots‑clés
Programme(s)
Régime de financement
MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Coordinateur
10117 Berlin
Allemagne