Génération de photons uniques indiscernables par une boîte quantique semi-conductrice dans une microcavité optique

par Spyridon Varoutsis

Thèse de doctorat en Physique. Optique et photonique

Sous la direction de Izo Abram.

Soutenue en 2005

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    L'un des principaux accomplissements scientifiques du siècle dernier est sans doute le développement de la Physique Quantique. Parallèlement, notre société est entrée dans l'ère de l'information. Aujourd'hui, théorie de l'information et théorie quantique se recoupent sous un champ d'activité émergent : le traitement de l'information quantique. Ce domaine propose de tirer parti des corrélations subtiles entre états quantiques pour effectuer des opérations de communication ou de logique. Ces travaux de thèse s'inscrivent dans ce contexte. Ils visent la génération d'états quantiques de la lumière, pour tester les prévisions contre-intuitives de la mécanique quantique, mais aussi pour l'ingénierie de dispositifs de traitement de l'information quantique. Ces états quantiques sont des photons uniques indiscernables, rayonnés par des boîtes quantiques uniques. S'il est bien connu aujourd'hui que ces nano-émetteurs émettent des photons uniques, des processus rapides de décohérence propres à la physique du solide détériore l'indiscernabilité entre photons successivement émis. Pour restaurer l'indiscernabilité entre photons, le processus d'émission est accéléré en couplant la boîte au mode d'une microcavité optique (un micropilier), de sorte que les photons sont émis avant qu'ils ne soient marqués par les processus déphasants. Ainsi, nous avons pu produire des photons uniques avec un degré d'indiscernabilité supérieur à 75%. Ces photons sont alors sujets à des phénomènes d'interférence peu communs : lorsque deux photons sont incidents sur les deux ports d'entrée d'une lame séparatrice, les deux photons ressortent de la lame toujours sur le même port de sortie.

  • Titre traduit

    Generation of indistinguishable single photons from a single semiconductor quantum dot in a optical microcavity


  • Résumé

    One of the main scientific achievement of the last century is certainly the development of quantum mechanics. Recently, computer scientists and engineers teamed with physical scientists to further our understanding of quantum phenomena, and to exploit this understanding to realize new devices with novel functionality for communication and computing, that can be directly engineered using correlations between quantum states, giving rise to a new field in physics : Quantum information science. These quantum states can be indistinguishable single photons. Our work aimed at the generation of such quantum states, from sefl-assembled quantum dots. These emitters can produce single photons on demand but the indistinguishability between photons is rapidly destroyed by decoeherence processes in the solid-state. In order to restore the indistinguishability between photons, the dot is coupled to the mode of a micropilar cavity, that accelerates its spontaneous emission rate by a factor 25, so that the photons are emitted before being “marked” by dephasing mechanisms. This acceleration leads to the generation of indistinguishable single photons with a degree of indistinguishability as high as 75%. In this context, two-photon interference phenomena occur, whereby two single photons entering the two input ports of a beamsplitter, emerge from the beamsplitter both in the same output port, as if they had "coalesced" into a two-photon state.

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Informations

  • Détails : 1 vol., 150 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 133-144

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2005)281
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