CARAMELS
Capteurs de champs électromagnétiques à atomes de Rydberg chauds et froids
Porteurs
Sylvain Schwartz, ONERA
Aperçu
L’objectif du projet CARAMELS est de créer un consortium national ayant pour objectif de repousser les limites des capteurs de Rydberg existants au-delà de l’état de l’art et de faire émerger de nouvelles applications.
Mots-clés : Capteurs quantiques, atomes de Rydberg, cellules de vapeur, atomes froids, capteurs de champ électromagnétique
En résumé
Grâce à leurs grands dipôles magnétiques, les atomes de Rydberg peuvent être utilisés comme des capteurs quantiques de champs électromagnétiques très sensibles. Par rapport aux capteurs conventionnels, ils offrent la perspective d’une tête de capteur purement diélectrique, la possibilité de s’auto-calibrer en reliant les mesures aux propriétés intrinsèques des atomes, une large accordabilité entre le MHz et le THz, et une taille de capteur indépendante de la longueur d’onde du champ à mesurer.
Le but est de repousser les limites des capteurs de Rydberg existant au-delà de l’état de l’art, non seulement en terme de sensibilité mais aussi pour d’autres caractéristiques importantes telles que la bande-passante, la stabilité long terme, la résolution spatiale et fréquentielle, intégrabilité et l’auto-calibration. Le projet CARAMELS est construit sur une approche globale, adressant plusieurs aspects des plus appliqués (pour accélérer la montée en maturité technologique des capteurs existants et permettre de nouvelles applications dans le domaine du radar et de la détection radiofréquence large bande) aux plus fondamentaux et prospectifs (pour repousser les limites de ces capteurs et ouvrir la voie à de nouvelles applications scientifiques et technologiques).
L’ambition de CARAMELS est de faire de la France un acteur majeur dans le domaine des capteurs à atomes de Rydberg d’ici à la fin du projet, d’ouvrir la voie à de nouvelles applications scientifiques et industrielles et d’accélérer le développement de cette technologie pour le bénéfice de l’industrie française.
Défis
- Développer des cellules atomiques innovantes qui seront transparentes aux champs micro-onde par micro-structuration, totalement diélectriques grâce à la désorption atomique induite par la lumière et compactes et robustes grâce à des nouvelles techniques de scellement et de connectorisation des fibres optiques ; développer des réseaux de telles cellules pour mesurer l’angle d’arrivée du signal
- Développer de nouvelles techniques d’interrogation des atomes pour augmenter la sensibilité et la bande passante tout en rendant la mesure intrinsèquement sensible à la phase
- Étudier de nouvelles approches pour repousser les limites des capteurs Rydberg à l’état de l’art : atomes froids pour la résolution ultime, matrices d’atomes de Rydberg contrôlés individuellement pour l’imagerie THz, atomes divalents pour supprimer l’effet Doppler dans une vapeur thermique et états comprimés pour augmenter la sensibilité au-delà du bruit quantique.
Tâches
- WP1 : Repousser les limites des capteurs de Rydberg à température ambiante
- WP2 : Atomes de Rydberg froids pour une précision et une stabilité accrues
- WP3 : Nouvelles frontières dans la détection des champs électromagnétiques de Rydberg
Le consortium
- Centrale Lille Institut
- ENS Paris-Saclay
- Institut d’électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (IEMN, CNRS / Université de Lille / Université Polytechnique Hauts-de-France)
- Laboratoire Aimé Cotton (LAC, CNRS / Université Paris Saclay)
- Laboratoire Lumière-Matière aux Interfaces (LuMIn, CNRS / ENS Paris-Saclay / Université Paris Saclay)
- ONERA Département Physique, Instrumentation, Environnement, Espace (DPHY)
- Thales TRT