Thèse expérimentale en optomécanique quantique (H/F)

Missions :
La lévitation optique est une thématique émergente en optomécanique dans laquelle une nanoparticule est piégée dans le vide à l’aide d’un laser focalisé par une optique à large ouverture numérique. Le laser produit une force optique équivalente à un ressort mécanique et le système peut être considéré comme un résonateur masse-ressort oscillant au kHz. Grâce à la qualité de leurs résonances, les systèmes en lévitation sont actuellement exploités pour réaliser une métrologie de haute sensibilité, détecter les ondes gravitationnelles ou encore rechercher de la matière noire. Par-dessus tout, la lévitation offre la perspective remarquable d’exalter des propriétés quantiques à l'échelle mésoscopique (c'est-à-dire à la transition quantique-classique) pour confirmer (ou écarter) les hypothèses fondamentales de la physique quantique.

Pour atteindre le régime quantique, la nanoparticule doit être refroidie proche de son état fondamental de vibration (c'est-à-dire, jusqu'à quelques quanta d'énergie vibratoire). En d'autres termes, il faut réduire l'amplitude de ses oscillations qui sont alimentées par les collisions avec les molécules d'air résiduelles dans la chambre à vide. Ce refroidissement peut être réalisé à l’aide de méthodes optiques en monitorant le mouvement de la nanoparticule et en modulant temporellement le laser afin d’exercer une force constamment opposée aux déplacements de l’objet. Néanmoins, à l’heure actuelle, à cause de la relative faiblesse des forces optiques mises en jeu, ce genre de méthode ne permet pas encore d’atteindre l’état quantique fondamental d’une nanoparticule en lévitation.

Au cours de cette thèse, le ou la candidat(e) implémentera expérimentalement une nouvelle architecture de lévitation optique qui sera utilisée afin de réaliser le premier refroidissement par méthode optique d’une nanoparticule à son état quantique fondamental. Cette nouvelle architecture sera également exploitée afin de préparer la nanoparticule dans des états de vibrations non-classiques (i.e., quantiques). Le candidat ou la candidate sera étroitement encadré(e) par le superviseur et acquerra des compétences théoriques et expérimentales en optomécanique, lévitation optique, mécanique quantique ainsi qu’en optique quantique.
Activités :
Le ou la candidat(e) se concentrera sur le développement d’une plateforme expérimentale de lévitation optique qui sera utilisée afin de refroidir une nanoparticule à son état quantique fondamental. Par ailleurs, le dispositif sera également employé pour implémenter des protocoles temporels permettant la préparation d’états non-classiques. Durant cette thèse principalement expérimentale, le ou la candidat(e) pourra être amené(e) à effectuer des développements théoriques d’optomécanique quantique ainsi que des simulations numériques en fonction des besoins rencontrés.
Contexte de travail :
Le ou la candidat(e) se joindra à l’équipe de Nicolas Bachelard
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