Atomes et Cavité : Complémentarité et Fonctions de Wigner

Le principe de complementarite est un concept fondamental de la mecanique quantique. Il predit que, dans une experience d'interferometrie, toute tentative pour determiner quel chemin la particule choisit entre les deux lames separatrices brouille inevitablement les franges d'interference. Dans ce memoire, nous presentons une experience qui illustre ce principe dans un interferometre de Ramsey. Des atomes de Rydberg circulaires sont soumis a deux impulsions micro-onde resonantes sur une transition atomique, qui jouent le role de lames separatrices en energie. On observe alors des franges d'interference dans la probabilite de detecter l'atome dans un etat donne. Dans notre experience, l'une des deux impulsions est effectuee dans le mode d'une cavite supraconductrice. Grâce au couplage fort entre l'atome et la cavite, nous avons pu effectuer l'impulsion meme lorsque le champ dans la cavite contient tres peu de photons en moyenne (N franges ont alors un contraste reduit car l'etat de la cavite mesure celui de l'atome au sein de l'interferometre. Cette mesure est de moins en moins efficace lorsque N augmente. Le contraste des franges augmente donc, jusqu'a atteindre le contraste intrinseque d'un interferometre de Ramsey classique lorsque N>>1. Un modele simple, qui ne tient compte que de l'intrication entre l'atome et la cavite, reproduit quantitativement les observations. Un des interets majeurs du dispositif d'electrodynamique quantique en cavite est de permettre la generation d'etats non-classiques du champ. Il est alors particulierement interessant de les caracteriser completement. Nous presentons en derniere partie de ce memoire une methode directe pour mesurer la fonction de Wigner d'un etat quelconque de la cavite, et son application a un etat de Fock a un photon.