Sources avancées d'états non classiques de la lumière pour le traitement quantique de l'information

par Saptarshi Kotal

Projet de thèse en Physique de la Matière Condensée et du Rayonnement

Sous la direction de Julien Claudon et de Jean-Michel Gérard.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de Physique , en partenariat avec PHotonique, ELectronique et Ingéniérie QuantiqueS (laboratoire) depuis le 04-10-2017 .


  • Résumé

    Les sources d'états non classiques de la lumière, comme les sources de photons uniques (SPU) ou les sources de paires de photons intriqués (SPPI) sont des ressources clé pour les communications, le calcul et la simulation quantiques. Malgré les progrès très importants réalisés au cours des 15 dernières années, les sources actuelles sont encore loin d'une application directe à l'ingénierie quantique : 1) aucune source de photons uniques efficace n'a été démontrée aux longueurs d'ondes télécom (un point essentiel pour les communications quantiques) ; 2) l'accord spectral de plusieurs SPUs brillantes vers une longueur d'onde cible reste à démontrer ; 3) l'efficacité des meilleures SPPI reste limitée à 0.1 paire par impulsion. Cette thèse vise à développer des sources pratiques pour l'ingénierie quantique, et dépassera ces trois limitations grâce à une approche originale. Nous nous appuierons sur les « trompettes photoniques », introduites par l'INAC en 2013, qui sont à la base de SPU à l'efficacité record. Cette structure photonique, basée sur un guide d'onde, permet naturellement de collecter la lumière sur une très large bande spectrale. Nous utiliserons ensuite la contrainte mécanique pour contrôler les propriétés optiques d'une boîte quantique (BQ) intégrée dans la trompette photonique : nous visons une accordabilité spectrale sur une large plage de longueur d'onde, et l'annulation déterministe du spliting de structure fine pour générer des paires de photons intriqués avec une haute fidélité. Pour appliquer le stress mécanique, nous explorerons deux voies complémentaires : 1) l'intégration de la trompette sur un actuateur piezo électrique et 2) la torsion de la trompette en utilisant des forces électrostatiques. Le doctorant participera à la nanofabrication des sources et sera en charge de leur caractérisation optique (efficacité, pureté, accordabilité, degré d'intrication) en utilisant des techniques de spectroscopie optique. Il effectuera de plus un séjour de deux mois dans le groupe de Val Zwiller (CSO de la compagnie Single Quantum) pour caractériser les sources aux longueurs d'onde télécom.

  • Titre traduit

    Advanced quantum light sources for photonic quantum information processing


  • Résumé

    Quantum sources of light such as single photon sources (SPS) and sources of entangled photon pairs (SEPP) are a key resource for quantum communications, photonic quantum computing and simulation, and quantum sensing. In spite of important advances over the last 15 years, present day sources are still far from real applications to quantum engineering : 1) highly efficient single photon sources have not yet been demonstrated at telecom wavelength (which is essential for quantum communications); 2) spectral- tuning has to be developed to match the emission wavelength of several SPS to a given target wavelength; 3) the efficiency of the best SPPE is presently limited to 0.1 pair per pulse. This PhD project will target the development of practical sources for photonic quantum engineering, and will solve these three issues by following a highly innovative approach. We will start from the photonic “trumpet geometry” introduced by INAC in 2013, which has already enabled the demonstration of record-efficiency SPS and is (unlike microcavities!) well suited to collect light over a wide spectral range. We will use strain as a tuning knob to tailor the optical properties of an embedded quantum dot (QD) : we will target bandgap tuning over a wide range, and the cancellation of the fine exciton splitting due to QD asymmetry in view of entangled pair generation. Integration of the trumpets on piezoelectric transducers and bending of the trumpets using electrostatic effects will both be explored as means to apply additional strain to the QD. The PhD will take part to the nanofabrication of the sources, and will take in charge their study (efficiency, purity, tunability, degree of entanglement) using optical spectroscopy and quantum optics techniques. He will be co-supervised by Val Zwiller, CSO of the Dutch company Single Quantum (SQ), and will test the suitability of his sources for practical applications on SQ testbeds in Delft, during a 2 months internship.