H/F - Doctorat - Schémas de spectroscopie avancés pour une horloge optique à ion piégé.

Sujet de thèse :
Les horloges optiques basées sur des transitions ultra-étroites dans les ions et atomes neutres piégés ont atteint des incertitudes relatives de l’ordre de quelques 10⁻¹⁸, ouvrant la voie à des applications majeures en géodésie relativiste et en tests de physique fondamentale. Cependant, les schémas d’interrogation actuels restent fondamentalement limités par (i) les déplacements AC Stark induits par la sonde et les fluctuations d’intensité, et (ii) la décohérence environnementale ainsi que le bruit basse fréquence, qui restreignent le temps d’interrogation et la stabilité à long terme. Les solutions existantes traitent généralement ces deux limitations séparément, conduisant à un compromis entre robustesse face aux déplacements systématiques et robustesse face au bruit.
Le projet européen QUARCKS (QUAntum Robust hyper-ClocKs and atomic Sensors), cofinancé par l’UE, vise à démontrer une nouvelle classe d’« hyper-horloges » et de capteurs atomiques simultanément immunisés contre les déplacements induits par la sonde et fortement protégés contre la décohérence, grâce à des protocoles de type Hyper-Ramsey à découplage dynamique (DD HR). Ces protocoles vont au-delà des spectroscopies Rabi et Ramsey traditionnelles en utilisant des séquences d’impulsions composites avec des phases, fréquences et intensités optimisées. Leur principale caractéristique est leur robustesse : en annulant activement le bruit environnemental, QUARCKS rend les horloges moins dépendantes d’un environnement de laboratoire « parfait ». Il s’agit d’une étape clé vers des horloges optiques transportables et déployables sur le terrain, pour des applications en géodésie relativiste (mesure du potentiel gravitationnel terrestre), en navigation ou encore en synchronisation en réseau.
Dans le cadre du projet QUARCKS, cette thèse a pour objectif d’étendre le temps de cohérence au-delà de la limite de déphasage dans une horloge à ion Yb⁺ unique piégé par un piège à électrodes de surface. L’objectif principal est de démontrer expérimentalement une extension d’un facteur 10 ou plus de ma durée d’interrogation effective par rapport à une interrogation Ramsey standard, en intégrant des séquences DD dans des schémas de type HR, et en vérifiant la cohérence via le contraste des franges et l’écart-type d’Allan. Un autre objectif est d’évaluer la robustesse face à un bruit technique réaliste. À cette fin, les protocoles d’interrogation HR généralisés seront d’abord testés et démontrés ; des impulsions DD de filtrage du bruit seront ensuite utilisées pour réduire la décohérence dans les expériences ; enfin, des séquences DDHR permettront d’évaluer le temps de cohérence obtenu.
Cette thèse s’inscrit dans un projet d’horloge optique compacte basée sur la transition à 435,5 nm de l’ion Yb⁺, avec pour cible une stabilité relative de fréquence inférieure à 10⁻¹⁴ à 1 s et un volume total de moins de 500 L. Le dispositif repose sur un p
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