Résumé
La cinquième leçon a été consacrée aux expériences d’électrodynamique en cavité micro-onde détectant, sans les détruire, des photons uniques piégés. Les sondes du champ sont des atomes de Rydberg traversant un à un la cavité C. Le champ laisse une empreinte sur la phase d’une superposition d’états atomiques, préparée avant l’entrée des atomes dans C par une première impulsion micro-onde R1 et analysée, après C, par une seconde impulsion R2. L’ensemble R1-R2 est un interféromètre de Ramsey. Le détecteur D mesure l’état final de l’atome. L’information fournie par chaque atome est binaire, ce qui suffit pour discriminer entre 0 et 1 photon. Le photon n’étant pas détruit, la mesure peut en principe être indéfiniment répétée. Deux expériences ont été analysées. La première (1999) exploite une interaction atome-cavité résonnante, la condition QND étant réalisée en ajustant le temps d’interaction pour que l’atome revienne dans son état initial, sans absorber le photon (impulsion Rabi 2π). Elle a été faite dans une cavité amortie en un temps TC = 1 ms, trop court pour de multiples répétitions de la mesure. La seconde expérience (2006) utilise une interaction dispersive non-résonnante et une cavité stockant les photons pendant un temps très long (Tc = 0,13 s). Des centaines de mesures indépendantes du même photon ont permis d’observer pour la première fois les sauts quantiques associés à l’annihilation et la création de photons dans les miroirs de la cavité. Avant de décrire ces expériences, nous avons commencé par des rappels théoriques sur les états du système atome-champ dans la cavité
