Les outils de la physique des ions (I) : piégeage et refroidissement

Dans la deuxième leçon, nous avons commencé à décrire les méthodes employées pour manipuler des ions piégés en information quantique. Nous avons analysé les propriétés du piège quadripolaire de Paul et montré comment on pouvait y séparer dans le mouvement des ions un micro- et un macro-mouvement. Après avoir donné quelques ordres de grandeur, nous avons décrit le piège de Paul linéaire permettant de confiner une chaîne d’ions couplés entre eux par l’interaction de Coulomb. Nous avons décrit le processus de cristallisation dans un tel piège et analysé les modes de vibration de deux ou trois ions, puis généralisé à un nombre d’ions plus grand. Nous avons ensuite abordé le problème important du refroidissement radiatif des ions, en commençant par le pré-refroidissement Doppler utilisant une transition de grande largeur naturelle. Nous avons évalué la température limite atteinte par ce processus, puis décrit un mécanisme de refroidissement additionnel « par bande latérale rouge » utilisant une transitionde faible largeur naturelle. Nous avons introduit à cette occasion le paramètre de Lamb-Dicke, essentiel dans la description du couplage des ions piégés avec le rayonnement laser. Nous avons enfin analysé qualitativement le refroidissement d’un mode de vibration collectif par action sur un seul ion, ce qu’on appelle le refroidissement par « sympathie ».