Résumé
La cinquième leçon a commencé par le rappel des notions de base de l’électrodynamique en cavité, sujet qu’a développé au Collège Serge Haroche en utilisant un jet d’atomes de Rydberg traversant une cavité supraconductrice formée de deux miroirs microondes convexes en regard. Dans les circuits quantiques, le système analogue est constitué d’un atome artificiel Josephson couplé à une cavité formée d’une ligne de transmission. Ce type de système illustre de manière très pure la nature de l’interaction quantique entre lumière et matière. En particulier, dans la première partie de la leçon, nous nous sommes intéressé à la mise en évidence, dans les circuits quantiques, du caractère quantifié du champ électromagnétique, ainsi qu’il est révélé par le déplacement des niveaux de l’atome couplé au champ. Nous avons effectué de cette manière le calcul des déplacements en fréquence des niveaux de l’atome dus à la présence d’un seul photon dans la cavité dans le régime transmon décrit dans la troisième leçon. Ce calcul analytique très simple traite en perturbation l’anharmonicité de l’atome. Il est intéressant de calculer aussi de la même manière le déplacement de la fréquence de la cavité résultant de l’excitation de l’atome et de montrer qu’il est identique au premier.
Dans la seconde partie de la leçon, nous avons exposé le lien entre cet effet de déplacement de niveau de l’électrodynamique en cavité et le principe du refroidissement dynamique, que l’on peut aussi observer dans les atomes artificiels en soumettant la cavité à une irradiation microonde à la fréquence correspondant au processus d’échange entre une excitation de l’atome et un photon de la cavité.
