Squeezing et optomécanique – ExSqueez

L'interférométrie optique atteint désormais des sensibilités extrêmes aux déplacements, souvent limitées uniquement par le bruit quantique:
bruit quantique de phase et/ou bruit quantique de pression de radiation (BQPR, qui est une version macroscopique de l'action en retour de la mécanique quantique), qui mènent à la limite quantique standard (LQS), le plus petit déplacement observable pour un résonateur mécanique avec un faisceau laser cohérent. La LQS a été prédite depuis plus de 35 ans, initialement dans le contexte de la détection des ondes gravitationnelles, mais la petitesse des effets de la pression de radiation en a empêché toute mise en évidence expérimentale. Ceci devrait changer dans les prochaines années, quand les interféromètres gravitationnels avancés (Advanced LIGO et Advanced Virgo) fonctionneront à leur sensibilité nominale. Ils devraient alors être limités par le BQPR
à basse fréquence et par le bruit de phase à haute fréquence.
La LQS est aussi très importante en optomécanique, un domaine de recherche qui a énormément évolué ces 15 dernières années, culminant récemment avec des expériences comme la mise en évidence d'un résonateur mécanique dans son état quantique fondamental ou celle du BQPR sur une membrane mécanique. L'optomécanique est évidemment très fortement reliée à la théorie de la mesure en mécanique quantique, mais également à des senseurs innovants comme des microscopes à force atomiques (MFA) ou des accéléromètres optomécaniques. Ainsi, toute amélioration de la sensibilité au-delà de la SQL aura des applications importantes.
La LQS peut en principe être dépassée en utilisant de la lumière comprimée, un sujet qui a également connu de grands progrès expérimentaux. Mais combiner des montages optomécaniques avec de la lumière comprimée est toujours un challenge expérimental. Notre projet a deux aspects. Nous prévoyons d'abord de construire, de caractériser et d'envoyer un faisceau comprimé dans une cavité optomécanique insérée dans un cryostat à dilution, pour étudier la LQS et comment la dépasser. Cet objectif requiert du squeezing dépendant de la fréquence, que nous obtiendrons en injectant le faisceau comprimé initial dans une cavité déphasante. Cette expérience de principe sera réalisée à des fréquences de l'ordre du MHz pour éviter de nombreuses sources de bruit.
Comme les mesures ultra-sensibles comme les interféromètres gravitationnels ou les MFA sont généralement effectuées à plus basse fréquence, nous étudierons également des effets similaires à ces fréquences. Nous prévoyons d'utiliser l'expertise acquise sur l'expérience haute-fréquence pour construire et utiliser une source de vide squeezé dans la gamme des fréquences audio (10 Hz – 10 kHz). Nous tirerons alors parti de la plateforme CALVA (une cavité de 50 m de long) au LAL d'Orsay pour produire et mettre en évidence du squeezing dépendant de la fréquence avec une fréquence-charnière de 1 kHz ou moins.