Capteur quantique-radiofréquence hybridé

Au cours de la dernière décennie, les systèmes de capteurs utilisant des atomes de Rydberg apparaissent comme une solution révolutionnaire aux problèmes de réception des ondes électromagnétiques de radiofréquence (RF). Les caractéristiques de ce type de récepteur sont prometteuses : sensibilité extrême, bande passante très large, taille miniature indépendante de la longueur d'onde et absence de couplage avec l'environnement immédiat. Tous ces avantages vont au-delà des caractéristiques des récepteurs conventionnels à base d'antennes pour la détection des signaux RF. Dans le contexte des communications ELF à UHF, les antennes posent un certain nombre de problèmes inhérents, le premier étant leur taille, de l'ordre d'un mètre ou plus à mesure que l'on descend en fréquence, ce qui les rend encombrantes et difficiles à installer. Les techniques classiques de miniaturisation des antennes limitent considérablement leur largeur de bande et leurs caractéristiques d'efficacité, ce qui compromet les performances du système de communication. Alors que la communauté des chercheurs en antennes commence à s'intéresser à cette nouvelle approche de la détection des radiofréquences, de nouvelles approches apparaissent qui permettent de revoir certains défis bien connus, allant de la détection des ELF, à la conception d'une antenne véritablement omnidirectionnelle, en passant par la réalisation d'une métrologie THz. L'objectif de cette thèse est d'explorer une approche polyvalente du problème de réception de type antenne avec l'intégration d'une mesure de spectroscopie atomique à base d'atomes de Rydberg, et d'utiliser simultanément la conception bien connue de récepteur à base de métal pour la mise en forme et l'amplification locale du champ, tout en exploitant les capacités de détection RF des atomes de Rydberg pour dépasser la limite de Chu-Harrington. La conception conjointe de la partie résonnante métallique et des cellules d'atomes de Rydberg sera réalisée de manière analytique et/ou par simulation. Le problème de l'adaptation d'impédance étant évité, les approches utilisant des antennes agiles miniatures seront reconsidérées. Enfin, les limitations connues seront réexaminées à la lumière de l'approche proposée. La démonstration à l'aide d'un banc optique sera effectuée en laboratoire et/ou dans un environnement anéchoïque.