STAGE Cavity-enhanced quantum engineering of light with cold Rydberg atoms

Date de mise à jour de l’offre

Jeunes Equipes de Physique du Collège de France, USR3573 :

La recherche en physique sur le site Marcelin-Berthelot du Collège de France s’inscrit dans la continuité d’une longue tradition, illustrée dans le passé par les laboratoires de Paul Langevin, Frédéric Joliot-Curie, Louis Leprince-Ringuet, Marcel Froissart et Pierre-Gilles de Gennes. L’institut de physique, qui a ouvert en 2014 après une rénovation complète, regroupe actuellement l’activité de recherche des équipes de chaire d’Antoine Georges (Matière condensée) et de Jean Dalibard (Atomes et rayonnement), et celles de plusieurs équipes accueillies. En appui à cette recherche, l’institut de physique comporte également une salle blanche pour la préparation d’échantillons, un atelier de mécanique équipé de machines à commande numérique de précision, et un secrétariat.

Description de la mission

We recently built a new platform for quantum engineering of light, capable to create efficient
interactions between optical photons, tunable in range, strength and dimensionality. To induce
these interactions, we transiently convert the photons into Rydberg polaritons inside a cold gas of
Rb atoms trapped inside a “twisted optical resonator with a controllable geometry. By controlling
the resonator’s and the cloud’s parameters, we can manipulate photons propagating in free space
or confined inside the resonator, and control the dimension and the shape of the space they
explore.
This platform can be used to test the limits of fundamental no-go theorems in quantum logic,
perform quantum measurements impossible with current techniques, and generate non-classical
multi-mode states of free-propagating light. Moreover, it gives us access to a regime where
intracavity photons form a strongly correlated quantum fluid, making this setup is ideally suited for
real-time, single-particle-resolved investigations of topological effects appearing in condensedmatter
systems. Currently, we are benchmarking its performance as a single-photon source.
The M2 internship will aim at gaining control over the collective internal state of the atomic cloud
and use it as a single “super-atom with an enhanced coupling to the cavity. The following steps
will be to produce non-classical “Schrödinger’s cat states of free-propagating light in a
deterministic way. We will then investigate the possibility to implement a deterministic twophoton
logic gate using this platform, before moving towards a multi-photon, multi-mode regime
of strongly correlated quantum photonic fluids. The project is mainly experimental, with a strong
theoretical component.

Profil recherché

Master 2

Niveau de qualification requis

Bac + 4/5 et +
  • Employeur
    Jeunes Equipes de Physique du Collège de France, USR3573
  • Secteur d’activité de la structure
    Enseignement - Formation - Recherche
  • Effectif de la structure
    De 51 à 250 salariés
  • Site internet de la structure
    https://www.college-de-france.fr
  • Type de stage ou contrat
    Stage pour lycéens et étudiants en formation initiale
  • Date prévisionnelle de démarrage
  • Durée du stage ou contrat
    Plus de 4 mois et jusqu'à 6 mois
  • Le stage est-il rémunéré ?
    Oui
  • Niveau de qualification requis

    Bac + 4/5 et +
  • Lieu du stage
    Collège de France, 11 place Marcelin Berthelot, 75
    75231 PARIS 5E ARRONDISSEMENT
  • Accès et transports
    RER B Luxembourg ou St Michel, Metro 4 St Michel Notre Dame, Metro 10 Maubert Mutualité, nombreux bus.