Hyper-horloges pour la métrologie et les capteurs quantiques

Les horloges optiques basées sur des transitions ultra-étroites en fréquence chez les ions piégés et les atomes neutres ont atteint des incertitudes relatives en fréquence de l'ordre de 10⁻¹⁸, voire inférieures, permettant ainsi des applications majeures en géodésie relativiste et dans le cadre de tests de physique fondamentale. Cependant, les schémas d'interrogation actuels restent fondamentalement limités par (i) les déplacements lumineux induits par la sonde et les fluctuations d'intensité, et (ii) la décohérence environnementale, qui restreignent la durée d'interrogation et la stabilité à long terme. Dans le cadre du projet européen QUARCKS à MONARIS (Sorbonne Université), qui se déroulera de 2026 à 2029, le (la) doctorant(e) sélectionné(e) s'attaquera à ces contraintes expérimentales en combinant des méthodes avancées de contrôle cohérent des atomes avec des stratégies visant à protéger les états quantiques contre la décohérence. Le (la) doctorant(e) concevra de nouveaux protocoles d'interrogation basés sur des séquences temporellement séparées d'impulsions laser de refocalisation qui permettront aux atomes de conserver leur mémoire quantique plus longtemps. Le premier objectif consistera à simuler la robustesse de ces nouveaux schémas d'interrogation laser, tels que les protocoles Hyper-Ramsey (HR), face aux déplacements lumineux, tout en préservant la cohérence quantique des interférences atomiques sur de longues durées d'interrogation. De plus, des techniques de découplage dynamique (DD) seront étudiées afin de réduire la perte de contraste dans des environnements électromagnétiques hostiles. Le deuxième objectif consistera à mettre en œuvre expérimentalement ces séquences DD dans des schémas de type HR à l'aide des systèmes de contrôle programmables disponibles. Il/Elle devra collaborer avec des théoriciens du Centre des technologies quantiques de l'université de Sofia et participer à des expériences de physique AMO au sein de centres de recherche européens de renom, tels que le laboratoire Femto-ST à Besançon (France) et la PTB à Braunschweig (Allemagne), en contribuant à la construction d'horloges optiques dédiées à la métrologie du temps et de la fréquence de haute précision. Cette thèse portera sur: - la conception de schémas Hyper-Ramsey intégrant des techniques de découplage dynamique (DD) à l'aide de Python et/ou Mathematica, et leur validation par des plateformes expérimentales d'informatique quantique via IBM, IQM ou NQCH à Singapour; - la mise en œuvre expérimentale de schémas DD-HR dans les horloges optiques existantes; - une caractérisation du temps de cohérence de transition de l'horloge et une étude de certaines sources de bruit limitant l'efficacité des protocoles d'interrogation à l'aide d'impulsions laser composites. Nous recherchons des candidats ayant suivi une solide formation en physique atomique/quantique, en optique laser, en ingénierie optique ou en physique générale. Une formation expérimentale et/ou instrumentale sera un atout. Le (la) candidat(e) devra organiser lui-même son planning de travail et être ouvert aux discussions critiques concernant le projet. Il est fortement attendu que le (la) candidat(e) présente ses travaux théoriques et expérimentaux lors de congrès scientifiques internationaux et qu'il (elle) s'efforce de publier dans des revues internationales de premier plan. Cette thèse permettra d'acquérir des compétences théoriques exceptionnelles en spectroscopie laser à impulsions composites, ainsi qu'une méthodologie expérimentale dans le domaine des technologies quantiques développées en Europe. Une expertise dans le domaine de la simulation quantique et du contrôle cohérent des états atomiques dans le cadre de la métrologie des fréquences, nécessite de maîtriser et de contrôler au mieux les sources de bruit de tout montage expérimental, une compétence extrêmement utile dans de nombreux autres domaines de recherche. École doctorale : Physique en Ile de France Direction : Thomas ZANON Financement : ANR Financement d'Agences de financement de la recherche, Programmes de l'Union Européenne de financement de la recherche (ERC, ERASMUS)