Résumé
La troisième leçon a montré comment on peut affecter la décohérence d’un système physique en modifiant le spectre de son environnement ou la symétrie de son couplage avec cet environnement. La situation envisagée était celle de l’électrodynamique quantique en cavité, un thème de recherche qui a déjà servi d’illustration à de nombreux aspects des cours antérieurs. Le principe des expériences est de modifier les conditions aux limites du champ baignant un atome ou un ensemble d’atomes en confinant le système dans une boîte aux parois réfléchissantes, une cavité électromagnétique. On peut alors soit empêcher les atomes d’émettre (en supprimant les modes résonnants avec les atomes) soit le conduire à émettre plus rapidement que dans l’espace libre (en augmentant la densité des modes résonnants). Des exemples de ces deux cas limites ont été donnés (chapitre 4). Un grand nombre d’expériences sont réalisées dans ledomaine micro-onde sur des atomes très excités, dits de Rydberg. La physique de ces atomes a été brièvement rappelée.
L’électrodynamique quantique en cavité (CQED) permet aussi de coupler un ensemble d’atomes de façon symétrique à un même mode du champ. Ceci conduit à des effets d’interférence constructive ou destructive, et à une émission plus rapide ou plus lente que celle d’un atome unique. Le cas d’une émission accélérée, appelé superradiance, n’est pas celui qui nous concerne dans le cadre d’une étude de la diminution de la décohérence, mais il nous a paru suffisamment intéressant en lui-même pour être mentionné dans ce cours (chapitre 5). La plupart des expériences décrites dans cette leçon correspondent au régime dit « perturbatif » de l’électrodynamique quantique en cavité, celui où le couplage atome-cavité est assez faible pour qu’on puisse considérer le champ comme un « environnement » du système atomique, induisant sur celui-ci une évolution irréversible. Nous avons distingué ce régime de celui dit de « couplage fort », dans lequel l’environnement interagit de façon cohérente avec les atomes. C’est le régime de couplage fort qui est réalisé dans les expériences d’information quantique en cavité décrites dans les cours des années antérieures.
