Environnements artificiels pour des ions piégés : protection d’états choisis

La cinquième leçon (8^e chapitre du cours) a décrit la fabrication d’environnements artificiels dans des expériences réalisées sur des ions piégés. Il s’agit de confectionner des environnements sur mesure assurant la survie de certains états. On peut par exemple réaliser, pour un ion piégé à deux niveaux, des environnements artificiels permettant de protéger de la décohérence des états de vibration arbitrairement choisis. Il faut illuminer l’ion avec des lasers de direction convenables, excitant de façon résonnante la porteuse à la fréquence de la transition électronique de l’ion ou des bandes latérales correspondant à l’excitation simultanée de l’état électronique et de quanta de vibrations. Le pompage optique des lasers ramène dans l’état électronique fondamental de l’ion en vibration une partie de la dissipation produite par l’émission spontanée dans l’état excité. L’équation pilote résultante admet comme « pointer states » parfaits (états insensibles à la décohérence) les états que l’on cherche à protéger. Le taux d’émission spontanée doit être petit devant la fréquence de vibration, et grand devant le taux de pompage induit par les lasers. Il faut de plus que ce taux de pompage soit grand devant le taux de décohérence naturelle dû aux champs parasites dans le piège. Un cas particulier pratiquement important est celui du refroidissement radiatif, l’état protégé étant alors l’état fondamental de vibration. L’environnement artificiel doit être adapté « sur mesure » à chaque état, ce qui limite l’intérêt général de la méthode dans les cas où l’on cherche à protéger des superpositions non classiques d’états a priori inconnus.