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Compression de spin dans un condensat de Bose-Einstein sur puce atomique

La compression de spin consiste en la création de corrélations quantiques entre un ensemble d’atomes permettant d’améliorer la précision des mesures de fréquence, donc de temps, dans les horloges atomiques. Récemment une collaboration entre l’équipe Microcircuits à Atomes du Laboratoire Kastler Brossel, et l’Université Ludwig-Maximilians de Munich a permis de mettre en oeuvre une méthode élégante pour produire des états comprimés de spin dans un condensat d’atomes de rubidium piégés sur une puce atomique.

On prépare d’abord un condensat où chaque atome se trouve dans une superposition de deux états internes : 0 et 1. Grâce aux interactions entre atomes qui fournissent une non linéarité pour le champ atomique, cet état initialement factorisé évolue en un état comprimé de spin. La non linéarité est ajustée en contrôlant le recouvrement entre les fonctions d’ondes des deux états internes. Elle est ``branchée" pendant le temps nécessaire pour créer les corrélations quantiques et elle est ``coupée" ensuite. Simultanément, d’autres résultats marquants dans le domaine de la compression de spin dans des systèmes très proches ont été obtenus à Heidelberg et au MIT.

(a) A l’aide de potentiels micro-onde dépendant de l’état interne, on sépare spatialement pendant un temps bien déterminé les fonctions d’onde des états 0 et 1. Ceci branche la non linéarité atomique qui provoque la compression de spin.

(b) Evolution de l’état interne du système représenté comme un spin collectif S sur la sphère de Bloch. La longueur moyenne du spin représente la cohérence entre les états 0 et 1. Les fluctuations du spin dans le plan orthogonal au spin moyen sont isotropes pour l’état initial factorisé, alors qu’elles sont réduites selon la direction θ dans l’état comprimé.

(c) Reconstruction de la fonction de Wigner de l’état comprimé à partir des données expérimentales. Le contour noir indique le lieu des points où la fonction de Wigner vaut 1/√e fois sa valeur maximale, le cercle indique la même ligne de niveau pour un état factorisé.

Publication

"Atom chip based generation of entanglement for quantum metrology", Max. F. Reidel, Pascal Böhi, Yun Li, T. W. Hänsch, A. Sinatra, P. Treutlein, Nature 464, 1170 (2010)

Deux focus ont été publiés :

- AQUTE highlights : http://qurope.eu/projects/aqute/ato...

- Nature News : http://www.nature.com/news/2010/100...

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