La manipulation de systèmes quantiques dans le but de développer des applications pour le traitement de l’information est devenue un domaine très actif de l’optique quantique et de la physique mésoscopique. Dans les cours antérieurs, j’avais étudié des systèmes d’ions piégés et d’atomes couplés à quelques photons dans des cavités en analysant diverses méthodes de préparation, d’estimation et de reconstruction d’états. J’avais décrit la génération et la mesure d’états possédant des propriétés non classiques, tels les états intriqués de plusieurs atomes, les états « chat de Schrödinger » d’un champ piégé dans une cavité, ou encore des états de Fock à nombre de photons bien défini, et j’avais montré comment la décohérence de ces états pouvait être expérimentalement observée.
J’ai décrit cette année des méthodes plus générales de synthèse d’états quantiques arbitraires et abordé le problème du contrôle de la décohérence en décrivant des méthodes de rétroaction (feedback) quantique dont le but est de protéger les systèmes quantiques de la décohérence en les maintenant le plus longtemps possible dans un état non classique donné. Une partie importante du cours a été consacrée à la description de systèmes constitués de jonctions Josephson supraconductrices, véritables atomes artificiels dont le développement au cours des dernières années a conduit à la réalisation d’expériences remarquables de synthèse et de reconstruction d’états. J’ai comparé ces expériences à celles réalisées avec des atomes et des photons en optique quantique.
J’ai décrit des expériences d’électrodynamique quantique en cavité portant sur la mesure non destructive de photons et la reconstruction d’états non classiques du champ ainsi que des expériences de rétroaction quantique. J’ai également analysé des expériences de mesure et de reconstruction d’états du champ en électrodynamique des circuits, en les comparant avec celles de l’électrodynamique quantique en cavité.