Notre équipe propose un nouveau schéma qui s’inspire d’une proposition de Dieter Jaksch et Peter Zoller [1] en l’adaptant à l’atome d’Ytterbium [2].

Le principe de notre approche est schématisé sur la figure 1. Le potentiel de jauge le plus simple est celui associé à un champ magnétique uniforme, perpendiculaire au plan du réseau. Une particule chargée se déplaçant dans un tel potentiel de jauge accumule une phase φ par effet Aharonov-Bohm. Si elle effectue un parcours fermé, cette phase est proportionnelle à la circulation du potentiel vecteur le long de la boucle ainsi décrite, ou encore au flux magnétique à travers la boucle. La réalisation de potentiels de jauge artificiels pour particules neutres repose sur cet effet fondamental. La phase est directement imprimée par le couplage laser sur la fonction d’onde atomique, et dans les bonnes conditions on obtient l’équivalent d’un « flux » non nul à travers une boucle fermée.

Plus précisément, notre proposition utilise deux états internes (fondamental g et excité e) de longue durée de vie, tous deux piégés dans deux sous-réseaux optiques identiques selon y mais décalés selon x. La réalisation de ces deux sous-réseaux repose sur le choix des longueurs d’onde des faisceaux formant le réseau optique. Suivant la direction x, on utilise un laser rétroréfléchi (formant une onde stationnaire selon cette direction) à une longueur d’onde dite &laquo anti-magique &raquo (1.1 μm) pour laquelle le potentiel est opposé pour les deux états internes. Suivant la direction y, un autre laser (lui aussi rétro-réfléchi) accordé sur une longueur d’onde dite &laquo magique &raquo (765 nm) permet d’obtenir des potentiels identiques pour les deux états internes.

figure 1 : à gauche Principe du projet. Les atomes effectuent une boucle en se déplaçant par effet tunnel entre les différents sites du réseau. L’effet tunnel dans la direction x est contrôlé par laser et donc la phase accumulée lors d’une boucle fermée peut être non-nulle. en bas vue d’artiste du double réseau optique.

Si on considère la boucle grisée de la figure 1, les atomes parcourent cette boucle en effectuant :

 soit des sauts par effet tunnel standard (suivant y) sans changer d’état interne.
 soit des sauts induits par un laser de couplage (suivant x) en changeant d’état interne.

Lors des sauts induits par un laser, une phase φ (proportionnelle au vecteur d’onde k du laser de couplage) est imprimée sur la fonction d’onde atomique ; le même phénomène apparaît dans une oscillation de Rabi classique après une impulsion Pi. La valeur de cette phase est ajustable en choisissant convenablement l’orientation des lasers de couplage et atteint en pratique des valeurs proches de π. La qualité du contrôle cohérent de la transition est essentielle pour maîtriser la phase imprimée sur l’ensemble des atomes piégés dans le réseau.

L’atome d’Ytterbium s’est révélé être très adapté à ce projet. Tout d’abord, il possède plusieurs isotopes fermioniques et bosoniques facilement piégeables séparément ou simultanément. Il possède aussi des états excités métastables permettant de réaliser le couplage cohérent décrit ci-dessus, en limitant l’émission spontanée qui détruirait la cohérence du couplage. En effet la durée de vie de l’état excité métastable est supérieure à 15 secondes, ce qui est bien plus long que toutes les constantes de temps pertinentes dans le problème.