Conception d'une cavité 3D à fréquence de résonance ajustable par capacités variables pour le contrôle d'ensemble de systèmes quantiques

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Publication date
2021Author(s)
Halde, Vincent
Subject
Cavité micro-onde 3DAbstract
Les ensembles de centres azote-lacune dans le diamant peuvent être utilisés pour construire
des magnétomètres précis, avec des niveaux de sensibilité équivalents aux produits offerts
sur le marché. Contrairement aux magnétomètres à vapeur d'atomes qui sont généralement
volumineux, les ensembles azote-lacune peuvent fournir le vecteur du champ magnétique
dans un volume d'ordre millimétrique. Par contre, pour atteindre cette sensibilité, les
centres doivent être contrôlés de façon cohérente. Pour ce faire, une cavité résonante 3D à
haut facteur de qualité est utilisée afin d'appliquer un champ électromagnétique uniforme
sur l'ensemble du volume du diamant. La conception de cavités précédentes se basait
sur un actuateur piézoélectrique qui est volumineux, lent à contrôler, et qui nécessite
de la haute tension. L'objectif du projet de maitrise étant de miniaturiser le système de
contrôle de la cavité 3D et d'atteindre les performances requises pour les applications
de magnétométrie, une nouvelle méthode de contrôle de la fréquence de résonance avec
des capacités variables a été explorée avec des simulations par éléments finis. Un circuit
imprimé contenant les sous-systèmes indispensables à la magnétométrie à base de défauts
dans le diamant a été conçu pour tester les performances du nouveau résonateur. Cette
cavité et son système de contrôle permettent au prototype de magnétomètre de manipuler
l'état des centres azote-lacune de façon cohérente, ce qui est indispensable pour obtenir
la sensibilité au champ magnétique désirée. Lors des tests expérimentaux, une fréquence
de Rabi de 2,49 MHz a été atteinte, avec une inhomogénéité de champ micro-onde sous
0,2 %. Ces caractéristiques ont permis de mesurer les franges de Ramsey sur un diamant
isotopiquement purifié en carbone 12, démontrant un contrôle cohérent d'un ensemble de
systèmes quantiques avec un temps de déphasage de 421 ns. Ces expériences de contrôle
quantique sur un système compact et autonome ouvrent la voie à une future génération
de magnétomètres quantiques miniatures.
Collection
- Moissonnage BAC [4459]
- Génie – Mémoires [2085]