Lorsque les boîtes quantiques s'en mêlent.

Sean Bailly

Raphaël Proux

Les boîtes quantiques sont des sources de photons uniques prometteuses pour les réseaux d’information quantique, qui peuvent être intégrées dans des circuits photoniques et s’appuyer sur des technologies de semi-conducteur éprouvées. Dans ce contexte, ce travail se concentre sur les propriétés d’indiscernabilité des photons émis par une boîte quantique semiconductrice sous excitation résonnante. Nous utilisons une configuration particulière où les boîtes sont insérées dans une microcavité planaire permettant de s’affranchir du fond de diffusion parasite du laser d’excitation et d’améliorer la collection du signal d’émission. Nous pouvons ainsi explorer un régime de très basse puissance, où les photons d’excitation sont diffusés élastiquement sur la transition fondamentale de la boîte quantique (régime de diffusion Rayleigh résonnante). Dans ce régime, la cohérence du laser d’excitation est transmise aux photons émis, faisant des boîtes quantiques une source de photons uniques avec une cohérence extrêmement longue.Les propriétés d’indiscernabilité sont étudiées en utilisant les interférences à deux photons (coalescence) dans un interféromètre de Hong–Ou–Mandel. Une étude expérimentale complète de l’indiscernabilité est présentée en fonction de la puissance d’excitation ainsi que du temps de cohérence du laser d’excitation. Elle montre en particulier l’effet de la diffusion élastique dans la limite de basse puissance d’excitation. Il apparaît qu’une nouvelle caractéristique quantitative doit être introduite afin d’estimer l’indiscernabilité en tant que phénomène temporel, un aspect particulièrement important lorsque les émetteurs sont des sources continues de photons.

Arnaud Landragin

Raphaël Proux

Les boîtes quantiques sont des sources de photons uniques prometteuses pour les réseaux d’information quantique, qui peuvent être intégrées dans des circuits photoniques et s’appuyer sur des technologies de semi-conducteur éprouvées. Dans ce contexte, ce travail se concentre sur les propriétés d’indiscernabilité des photons émis par une boîte quantique semiconductrice sous excitation résonnante. Nous utilisons une configuration particulière où les boîtes sont insérées dans une microcavité planaire permettant de s’affranchir du fond de diffusion parasite du laser d’excitation et d’améliorer la collection du signal d’émission. Nous pouvons ainsi explorer un régime de très basse puissance, où les photons d’excitation sont diffusés élastiquement sur la transition fondamentale de la boîte quantique (régime de diffusion Rayleigh résonnante). Dans ce régime, la cohérence du laser d’excitation est transmise aux photons émis, faisant des boîtes quantiques une source de photons uniques avec une cohérence extrêmement longue.Les propriétés d’indiscernabilité sont étudiées en utilisant les interférences à deux photons (coalescence) dans un interféromètre de Hong–Ou–Mandel. Une étude expérimentale complète de l’indiscernabilité est présentée en fonction de la puissance d’excitation ainsi que du temps de cohérence du laser d’excitation. Elle montre en particulier l’effet de la diffusion élastique dans la limite de basse puissance d’excitation. Il apparaît qu’une nouvelle caractéristique quantitative doit être introduite afin d’estimer l’indiscernabilité en tant que phénomène temporel, un aspect particulièrement important lorsque les émetteurs sont des sources continues de photons.

Neil J. Savage

Cécile Xinqing Yu

Electrodynamique quantique en circuit hybride avec un spin de trou dans le silicium Le couplage cohérent et fort entre les photons et les qubits basés sur des matériaux solides, sous la forme de l'électrodynamique quantique de circuit (en anglais circuit QED), a été exploité notamment pour les portes logiques à deux qubits et la lecture haute fidélité sans démolition d’état formant les blocs fondateurs du calcul quantique. Récemment, la circuit QED a été étendue aux boîtes quantiques semi-conductrices définies par des grilles. Dans cette thèse, nous développons une nouvelle architecture hybride de circuit QED composée d'un résonateur micro-onde supraconducteur à haute impédance et de spins localisés dans des boîtes quantiques en silicium-MOS. Afin de contrôler et mesurer les degrés de liberté du spin, ce système hybride doit s'opérer dans un champ magnétique fini. Par conséquent, nous développons et caractérisons les résonateurs micro-ondes formés dans un film mince de nitrure de niobium (NbN) comportant une haute cinétique inductance. Nous démontrons la résilience au champ magnétique et une faible perte de photons des résonateurs à haute impédance. Nous co-intégrons ensuite les résonateurs sur les puces des qubits de spin en silicium. Avec le confinement d'un trou dans une double boîte quantique (DQD), nous présentons la première démonstration d'une interaction forte entre une charge de trou et un photon à la limite du régime de couplage ultra-fort. Sous champ magnétique fini, nous observons des répulsions des états de Rabi du vide caractéristiques d'un couple fort spin-photon. Nos résultats sont bien capturés par la modélisation d'un trou dans une DQD avec une réponse anisotrope différente dans chaque boîte et des taux de tunnel dépendant du couplage spin-orbite. Nous trouvons également un couplage spin-photon conséquent lorsque le trou est localisé dans une boîte quantique unique, en accord avec les prédictions théoriques récentes. Ces différents travaux présentés dans ce manuscrit ouvrent la voie à un circuit QED avec des spins de trous dans une boîte quantique semi-conductrice définie par des grilles.