Thèse expérimentale en optomécanique quantique (H/F)

Sujet de thèse :
L’optomécanique étudie l’interaction entre lumière et vibrations mécaniques [1]. Par exemple, dans le cas d’une cavité Fabry-Pérot possédant un miroir mobile, les vibrations du miroir (mode mécanique) se couplent avec le champ lumineux (mode optique) pour laisser émerger des mécanismes complexes. Ces dispositifs constituent notamment des plateformes de choix pour l’étude de phénomènes quantiques macroscopiques—comme l’intrication d’oscillateurs qui est au cœur de technologies quantiques émergentes [2]. Par exemple, les réseaux optomécaniques reposent sur l’intrication de la lumière avec de nombreux modes de vibration—c’est-à-dire l’utilisation de plusieurs modes mécaniques dégénérés (i.e., de même fréquence) comme nœuds du réseau [3].

Pour exalter ses propriétés quantiques, un mode mécanique doit être refroidi proche de son état fondamental (c’est-à-dire jusqu’à quelques quanta d’énergie vibrationnelle), ce qui est généralement réalisé en utilisant le champ optique. Malheureusement, lorsqu’on considère plusieurs modes dégénérés, les techniques de refroidissement conventionnelles (conçues pour des modes individuels) ne sont plus applicables. Cette difficulté s’explique par la formation de « dark modes » (c’est-à-dire une hybridation de modes dégénérés), qui se découplent du champ optique et ne peuvent donc pas être refroidis (empêchant ainsi toute manifestation de propriétés quantiques) [4].

Au cours de cette thèse, le ou la candidat(e) implémentera expérimentalement une nouvelle technique de refroidissement visant à réaliser, pour la première fois, le refroidissement de modes dégénérés au sein d’une membrane mécanique. Contrairement aux stratégies antérieures, un modulateur spatial de lumière sera ici utilisé pour moduler spatialement le front d’onde du faisceau lumineux. Une telle modulation permet d’exercer simultanément des forces optiques adaptées sur chaque mode afin de réduire (c’est-à-dire refroidir) leurs vibrations individuelles. L’étudiant(e) sera étroitement encadré(e) par le directeur de thèse et acquerra à la fois des compétences théoriques et expérimentales en optomécanique, en physique quantique ainsi que dans les méthodes d’adaptation du front d’onde.

[1] Aspelmeyer et al., Rev Mod Phys, 2014
[2] Riedinger et al., Nature, 2018
[3] Kimble, Nature, 2008
[4] Lai et al., Phys Rev Letters, 2022
Contexte :
La thèse se déroulera au sein de l'équipe Photonique et Matériaux du laboratoire LOMA de l'Université de Bordeaux. L'étudiant(e) rejoindra l'équipe de Nicolas Bachelard dont l'activité se concentre sur l'optomécanique quantique.