Capteur quantique-radiofréquence hybridé // Enhanced Quantum-Radiofrequency Sensor

A travers l’action exploratoire Carnot SpectroRF, le CEA Leti s’implique dans les systèmes de capteurs radiofréquences à base de spectroscopie optique atomique. L’idée sous-jacente de ce développement repose sur le fait que ces systèmes offrent des performances de détection exceptionnelles. Avec notamment, une sensibilité´ élevée (~nV.cm-1.Hz-0.5), des bandes passantes très larges (MHz- THz), une taille indépendante de la longueur d'onde (~cm) et une absence de couplage avec l'environnement. Ces avantages surpassent les capacités des récepteurs conventionnels a` base d'antennes pour la détection des signaux RF.
L'objectif de cette thèse est d'investiguer une approche hybride pour la réception de signaux radiofréquences, en combinant une mesure de spectroscopie atomique basée sur des atomes de Rydberg avec la conception d'un environnement proche à base de métal et/ou de matériau chargé pour la mise en forme et l'amplification locale du champ, que ce soit par l'utilisation de structures résonantes ou non, ou de structures focalisantes.
Dans le cadre de ces travaux, la question scientifique principale consiste à déterminer les opportunités et limites de ce type d’approche en formulant analytiquement les limites de champs imposables aux atomes de Rydberg, que ce soit en valeur absolue, en fréquence ou dans l’espace, et cela pour une structure donnée. L’approche analytique sera agrémentée de simulations EM pour la conception et la modélisation de la structure associée au banc de spectroscopie optique atomique. La caractérisation finale se fera par mesure dans un environnement électromagnétique contrôlé (chambre anéchoïque).
Les résultats obtenus permettront d'effectuer une comparaison modèle-mesures. Les modélisations analytiques ainsi que les limites théoriques qui en découlent donneront lieu à des publications sur des sujets qui n’ont pas encore fait l'objet d'investigations dans l’état de l’art. Les structures développées dans le cadre de ces travaux de thèse pourront faire l'objet de brevets directement valorisables par le CEA.


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Through the Carnot SpectroRF exploratory project, CEA Leti is involved in radio-frequency sensor systems based on atomic optical spectroscopy. The idea behind the development is that these systems offer exceptional detection performance. These include high sensitivity´ (~nV.cm-1.Hz-0.5), very wide bandwidths (MHz- THz), wavelength-independent size (~cm) and no coupling with the environment. These advantages surpass the capabilities of conventional antenna-based receivers for RF signal detection.
The aim of this thesis is to investigate a hybrid approach to the reception of radio-frequency signals, combining atomic spectroscopy measurement based on Rydberg atoms with the design of a close environment based on metal and/or charged material for shaping and local amplification of the field, whether through the use of resonant or non-resonant structures, or focusing structures.
In this work, the main scientific question is to determine the opportunities and limits of this type of approach, by analytically formulating the field limits that can be imposed on Rydberg atoms, whether in absolute value, frequency or space, for a given structure. The analytical approach will be complemented by EM simulations to design and model the structure associated with the optical atomic spectroscopy bench. Final characterization will be based on measurements in a controlled electromagnetic environment (anechoic chamber).
The results obtained will enable a model-measurement comparison to be made. Analytical modelling and the resulting theoretical limits will give rise to publications on subjects that have not yet been investigated in the state of the art. The structures developed as part of this thesis may be the subject of patents directly exploitable by CEA.

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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département Systèmes (LETI)
Service : Service Technologies Sans Fils
Laboratoire : Laboratoire Antennes, Propagation, Couplage Inductif
Date de début souhaitée : 01-09-2026
Ecole doctorale : Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS)
Directeur de thèse : BORIES Serge
Organisme : CEA
Laboratoire : DRT/DSYS/STSF/LAPCI
URL : https://www.leti-cea.fr/cea-tech/leti/Pages/recherche-appliquee/plateformes/plateforme-telecommunications.aspx

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département Systèmes (LETI)
Service : Service Technologies Sans Fils

Master 2 Telecom ou master de physique