Mesure adaptative non destructive du nombre de photons dans une cavité
Bruno Peaudecerf (LKB)

Infos Complémentaires

salle des Résistants
Ecole Normale Supérieure
45 rue d’Ulm

lundi 30 septembre à 10h30

Résumé :

Une mesure adaptative vise à optimiser l’acquisition d’information sur
un système à l’aide d’une boucle de rétroaction sur l’appareil de
mesure. Dans notre dispositif d’électrodynamique en cavité, nous avons
réalisé une mesure adaptative sur un système quantique, le champ
micro-onde piégé dans une cavité supraconductrice de très grande
finesse. Des atomes de Rydberg circulaires, interagissant dispersivement
avec le champ, réalisent une série de mesures dites "faibles",
aboutissant à la mesure quantique non destructive du nombre de photons
dans le mode. La prise en compte des résultats des mesures successives,
de l’action en retour sur le système, et de l’ensemble des imperfections
expérimentales, permet à un ordinateur de contrôle d’effectuer une
estimation en temps réel de l’état du champ. La phase de
l’interféromètre de Ramsey qui définit la mesure réalisée sur les atomes
est alors optimisée afin d’extraire un maximum d’information des
détections ultérieures. Nous montrons que préparation d’états de Fock
est nettement accélérée avec la méthode adaptative, par rapport à un
protocole passif utilisant une alternance prédéfinie des phases de
mesure. Cette réduction du temps de mesure est d’un grand intérêt en
présence de décohérence, et pourrait par exemple être exploitée dans des
protocoles de rétroaction quantique existants, où la rapidité de
l’estimation d’état est cruciale.

Abstract :

An adaptive measurement aims at optimizing the acquisition of
information on a system, with the help of a feedback loop on the
measuring apparatus. In our cavity quantum electrodynamics setup we have
achieved an adaptive measurement of a quantum system, the microwave
field trapped in a high finesse superconducting cavity. Circular Rydberg
atoms interact dispersively with the field and achieve a quantum
nondemolition measurement of the photon number by a succession of "weak"
measurements. Taking into account all measurement outcomes, the
measurement back-action and all experimental imperfections, a control
computer estimates the field state in real-time. The phase of the Ramsey
interferometer defining the atomic measurement is then optimized so that
the following detections bring maximal information. We demonstrate that
the preparation of Fock states is clearly accelerated using an adaptive
technique, compared to a passive protocol where the choice of
measurement phase is predefined. Such an adaptive measurement is of
great interest in presence of decoherence, and could be used for example
in quantum feedback protocols where the speed of state estimation is
crucial.

salle des Résistants
Ecole Normale Supérieure
45 rue d’Ulm