Notes

• [1]
  Raisonnons à une dimension pour mieux comprendre comment fonctionne le piège magnéto-optique. Considérons un atome piégé par deux lasers en sens opposé, placé dans un champ magnétique qui croît linéairement, orienté dans un sens à gauche, puis s’annulant progressivement au milieu, et augmentant à nouveau, cette fois orienté dans l’autre sens, à droite. Pour cela, deux bobines de Helmholtz d’enroulement opposé suffisent. On choisit les deux lasers avec des polarisations circulaires en sens opposés, et légèrement désaccordés par rapport à la résonance de l’atome, comme pour l’effet Doppler. Au milieu du piège, il n’y a pas de champ magnétique, les deux lasers se compensent parfaitement, rien ne se passe. À l’inverse, si l’atome va vers la droite, son niveau d’énergie se subdivise en trois niveaux distincts à cause de son spin : c’est l’effet Zeeman. Le laser venant de droite entre bien plus en résonance avec l’atome que celui venant de gauche. L’atome subit alors une force venant de la pression de radiation des deux lasers, mais celui de droite l’emporte nettement. Ainsi, l’atome est repoussé vers la gauche. L’effet inverse se produit si l’atome va vers la gauche. Enfin, plus l’atome s’éloigne du centre du piège, plus l’effet est fort car le champ magnétique est alors plus élevé.
• [2]
  Un piège assez similaire mais bien moins efficace avait déjà été conçu par l’équipe de Phillips et Metcalf en 1985.
• [3]
  www.youtube.com/watch?v=znyKn5-_ymE
• [4]
  Quand l’atome est excité au niveau n, son diamètre moyen croît comme le carré de n et son temps de vie comme le cube de n. Mais il devient de plus en plus sensible aux perturbations.
• [5]
  Quand la lumière laser d’une pince optique éclaire un atome, elle le polarise, c’est-à‑dire qu’elle sépare légèrement son nuage électronique de son noyau. Ce dipôle qui apparaît sur l’atome subit alors une force qui l’attire vers les extrema de l’intensité lumineuse. En accordant la fréquence du laser un peu en dessous de celle de l’atome, cette force attire les atomes vers les zones de forte intensité. En focalisant le rayon laser, on crée donc au point de focalisation un piège à atomes, qu’on peut ensuite déplacer en bougeant juste le laser. Voilà pourquoi on parle de pince optique, comme si on manipulait l’atome avec une pince.
• [6]
  Le dipôle correspond à une déformation de l’atome où le centre de gravité de la fonction d’onde de l’électron ne se confond plus avec celui du noyau. Il y a donc une charge négative d’un côté, positive de l’autre. L’intensité de ce dipôle varie comme le carré du niveau quantique n. Un atome de Rydberg au niveau 100 a donc un dipôle électrique 10 000 fois plus grand que le même atome à son niveau 1, donc un dipôle géant lui aussi.
• [7]
  Cette interaction entre les deux atomes est l’interaction de van der Waals. Elle vient de l’influence électrique réciproque des deux dipôles que constituent les Rydberg et le potentiel d’interaction correspondant décroît en 1/r⁶, où r est la distance entre atomes.
• [8]
  La situation n’est pas aussi tranchée : il n’y a pas les atomes neutres d’un côté pour simuler et les ions ou les supra de l’autre pour programmer. Depuis peu, les spécialistes des atomes de Rydberg commencent eux aussi à programmer, et de même, les physiciens des ions ou des qubits supra commencent à simuler, comme on le verra dans le chapitre suivant.