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Accueil > Recherche > Équipe Physique théorique & Astrophysique > Systèmes quantiques ouverts > Contrôle quantique, diagnostic optique et thermodynamique

Contrôle atomique et moléculaire par champs laser intenses

Notre équipe travaille sur le principe du contrôle quantique par champs laser. Il s’agit de trouver comment varier un champ électromagnétique cohérent pour obliger un atome ou une molécule à évoluer vers un état cible prédéterminé ou à avoir un comportement souhaité. Les applications du contrôle par champs laser consistent (par exemple) à manipuler des atomes pour leurs faire effectuer des calculs au niveau quantique (ordinateur quantique), "piloter" les mouvements d’une molécule vue comme une nanomachine ou forcer des réactions chimiques en brisant des liaisons ou en favorisant d’autres. Nos approches des problèmes de contrôle consistent en le développement d’algorithmes et de codes pour simuler les situations de contrôle afin de procéder à des "expérimentations numériques". Nous travaillons également sur le développement de modèles mathématiques (en particulier géométriques) afin de fournir un cadre d’interprétation à la dynamique des systèmes sous contrôle.

Nos principaux axes d’études sont lui suivants :
Contrôle d’une chaîne de spins gêné par une distorsion du signal de contrôle : Le "signal de contrôle" est supporté par des modulations des paramètres du champ (fréquence, amplitude, etc). Ce signal est choisi pour que la réponse du système quantique à celui-ci corresponde à une évolution vers un état cible prédéterminé. Malheureusement, dans la pratique le signal n’arrive pas "intact" sur le système quantique. Les instabilités expérimentales du système de contrôle ou l’environnement que doit traverser le signal, vont distordre celui-ci. Nos recherches concernent la modélisation géométrique des effets de ces distorsions sur le contrôle, et les effets de décohérence induits par ceux-ci. Par ailleurs nous avons également étudié un autre type d’environnement qui induit des distorsions chaotiques. Nous avons montré qu’il existe une durée sur laquelle la déviation du contrôle par le processus chaotique n’est pas trop amplifiée. On l’appelle l’horizon de prédictibilité. Les distorsions du train d’impulsions de contrôle des spins, constituent autant de déviations par rapport au contrôle idéal. Dans ce cadre nous étudions la possibilité de contrôle l’information le long de chaînes de spins ou de structures de spins plus complexes, en s’appuyant sur les propriétés chaotiques.

Contrôle de la photodissociation moléculaire : La photodissociation moléculaire est l’étude de la destruction de liaisons interatomiques au sein d’une molécule à l’aide d’un rayonnement électromagnétique. Nous nous intéressons à la photodissociation de petites molécules (H2+,Na2) induite par un champ laser intense modulé en amplitude, fréquence et phase afin de contrôler le déroulement du processus. Nous étudions en particulier le rôle des résonances et des continua dans la dynamique dissociative dans une approche adiabatique, aux états de piégeage électromagnétique (résonance de largeur nulle) et au contrôle des populations des états vibrationnels au cours de la dissociation. Nous appliquons ces résultats à l’élaboration de méthodes de refroidissement vibrationnel de molécules diatomiques par champs laser.

Contrôle atomique en présence d’un bain thermique ou gêné par l’intrication : Dans de nombreux cas pratiques les atomes peuvent être considérés comme en contact avec un réservoir de photons issus du rayonnement thermique de l’environnement. Ce rayonnement induit un processus de décohérence et de relaxation de l’atome assez rapide. Nous travaillons à la dérivation des équations maîtresses gouvernant les matrices densités de l’atome en présence du champ de contrôle et de l’environnement, dans les cas Markovien et non-Markovien. Nous étudions également le cas d’un atome en contact avec un "petit" environnement (un autre atome par exemple), dont le contrôle va être gêné par l’intrication entre les deux sous-systèmes. Nous essayons d’analyser la problématique de contrôle de ces équations à l’aide d’approches adiabatiques.

Contrôle de l’alignement moléculaire : Nous avons également pour projet l’étude du contrôle de l’alignement de molécules diatomiques par un champ électromagnétique. Nous souhaitons nous intéresser à la possibilité de réaliser des mesures spectroscopiques sur la molécule en présence du champ intense de contrôle.

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Mesures de la cohérence d’un ensemble de spins contrôlés par des trains d’impulsions magnétiques ultra-courtes. Bleu : sans distorsion ; Pourpre : avec distorsions aléatoires uniformes ; Jaune : avec distorsions suivant un processus déterministe de dérive linéaire ; Vert : avec distorsions suivant un processus Markovien semblable à un mouvement Brownien

Contacts : Bruno Bellomo ; Pierre Joubert ; David Viennot ;