Atomes de Rydberg et cavités : observation de la décohérence dans une mesure quantique

We present the observation of the decoherence phenomenon, observed on a simple system, modelling an ideal quantum measurement. The experiment is based on the interaction of a circular Rydberg atom with a microwave field that contains a few photons stored in a superconducting cavity. It creates a quantum superposition involving field states with macroscopically distinct phases. The coherence of the state is tested by a second atom. We observe the transformation of an initially coherent superposition into a statistical mixture. This work represents an experimental contribution to the fundamental issue of the nonexistence of quantum superpositions at a macroscopic scale. Our results are in very good agreement with theory and support the interpretation of decoherence as being the result of the coupling between a system and its environment.Dans ce mémoire nous présentons l'observation de la décohérence dans une situation simple, modélisant une mesure quantique idéale. Nous exploitons l'interaction entre un champ micro-onde confiné dans une cavité ne contenant que quelques photons et un atome de Rydberg circulaire. Elle crée un état de superposition quantique qui implique simultanément deux états du champ de phases macroscopiquement différentes. La décohérence, i. e. la transformation de la superposition initialement cohérente en un mélange statistique, est observée à l'aide d'un second atome. Celui-ci sonde l'état du champ un certain temps après l'interaction avec le premier atome. Cette étude apporte un élément de réponse expérimental à la question fondamentale que pose la non-existence de superpositions quantiques cohérentes dans le monde macroscopique. Nos résultats sont en très bon accord avec les prédictions théoriques. Ils confirment que le couplage entre un système physique et son environnement se trouve à l'origine de la décohérence