Condensat dans un réseau optique : de la simulation d’un solide à l’information quantique (I)

La cinquième leçon a abordé la description des condensats dans un réseau optique. Nous avons commencé par décrire les propriétés des condensats piégés dans un réseau avec des atomes dans un seul état interne. Nous avons rappelé la définition des états de Bloch à une particule dans un réseau et brièvement décrit la structure de bande et la notion de zone de Brillouin empruntée à la physique du solide. Nous avons décrit les images du condensat obtenues après sa libération du piège et son expansion. L’analogie entre la structure de ces images et le phénomène de diffraction de Bragg en optique a été rappelée. La compétition entre l’effet tunnel inter-puits et les collisions à l’intérieur de chaque puits joue un rôle essentiel dans la dynamique du système. La transition de Mott entre une phase superfluide et une phase dite isolante traduit l’effet de cette compétition. Nous avons décrit les expériences récentes qui ont permis de mettre cette transition en évidence, par l’étude de la visibilité des pics de diffraction de Bragg dans les images du condensat. Nous avons aussi analysé une expérience ayant permis d’observer l’effondrement et la résurgence périodique de la phase d’un condensat porté soudainement dans sa phase isolante. Dans la deuxième partie de la leçon, nous avons abordé l’étude de la manipulation d’un condensat d’atomes à deux états piégé dans un réseau. Nous avons montré comment on pouvait utiliser la phase isolante pour réaliser un registre d’atomes froids à deux niveaux. Nous avons décrit comment on pouvait déplacer indépendamment les deux sous-réseaux optiques piégeant les deux états de spin différents des atomes. Nous avons finalement indiqué comment on pouvait utiliser ce dispositif pour séparer et recombiner les fonctions d’onde atomiques et réaliser « en parallèle » des expériences d’interférence à une particule.