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Explorations de la limite classique/quantique.
Introduction : les chats et leur décohérence
We review here briefly the cat states of the radiation field, quantum superpositions of coherent components with different amplitudes and phases and discuss the decoherence process due to cavity relaxation.
We give here a special attention to superpositions of two quasi-orthogonal coherent states, represented in the Fresnel plane by two non-overlapping circles. These states are prototypes of Schr\"odinger cats. For an in-depth presentation, see .
Definition of cat states
As a simple (...)
Préparation d’un chat : interaction dispersive
The dispersive atom-field interaction leads to an entanglement of the atomic state with the classical phase of the cavity field. This entanglement is revealed by a Ramsey experiment, which is also an experiment on complementarity. This entanglement leads naturally to the production of cat states.
A single atom crossing a mesoscopic non-resonant coherent state stored in the cavity produces, trough its index of refraction, a shift of the classical phase of the state amplitude. This shift, as (...)
Préparation d’un chat : interaction résonnante
The resonant interaction between a single atom and a mesoscopic cavity field leads to the efficient production of phase cat states. This is the optimal scheme for a fast separation of phase components. The resulting atom-field entanglement is strongly linked to the quantum collapse and revival of Rabi oscillations in a mesoscopic field.
A non-resonant atom produces a phase shift of a coherent field stored in the cavity. This phase shift has opposite signs for an atom in $e$ and an atom in (...)
Décohérence d’un chat : première exploration
Nous avons réalisé la première exploration quantitative de la décohérence d’un chat de Schrödinger. Un atome non-résonant créée dans la cavité une superposition de composantes cohérentes de phases différentes. La cohérence quantique de cette superposition est sondée par un second atome. Nous avons pu mettre en évidence ainsi la décohérence rapide du chat.
Cette expérience fait suite à la génération d’un chat par l’interaction dispersive atome-champ
Rappelons qu’un premier atome (...)
Une illustration directe de la complémentarité
Cette expérience réalise une variante moderne d’une des expériences de pensée de Bohr. Elle illustre directement la complémentarité entre l’information sur le chemin suivi dans un interféromètre et les franges d’inteférence, dans une situation à la limite entre les mondes quantiques et classiques.
L’expérience de pensée de Bohr
Dans un des débats sur la mécanique quantique naissante, Bohr imaginait une expérience de pensée illustrant le concept de complémentarité. Elle utilise un simple (...)
Durée de vie des états de Fock
Nous avons utilisé notre processus de mesure QND pour préparer des états de Fock contenant entre zéro et 7 photons. Nous mesurons l’évolution de la distribution du nombre de photons pendant la relaxation de ces états. Nous en déduisons l’équation pilote décrivant cette évolution. Elle est en excellent accord avec le modèle quantique standard. Nous étudions également la relaxation d’un état cohérent.
La mesure sans démolition quantique (QND) du nombre $n$ de photons prépare efficacement des (...)
Filmer la décohérence du chat
En utilisant notre méthode de reconstruction de l’état quantique de la cavité, résolue en temps, nous avons enregistré un film révélant la décohérence progressive d’un chat de Schrödinger.
Nous avons préparé un chat à 12 photons et observé sa décohérence avec notre méthode de reconstitution de l’état quantique du champ .
Cette méthode, qui combine des déplacements contrôlés du champ et la mesure QND de la distribution du nombre de photons, est résolue en temps. La fenêtre temporelle typique (...)
Chats non locaux
Un atome unique passant dans deux cavités contenant des champs cohérents peut préparer un nouveau type d’états quantiques. D’une part, il s’agit dun chat de Schrödinger, une superposition quantique d’états mésoscopiques. D’autre part, c’est un état non-local au sens des paires EPR. Il serait particulièrement intéressant de voir comment la décohérence affecterait le caractère non-local de cet état. Ces expériences sont possibles avec l’état actuel de nos techniques.
Nous envisageons de (...)
