Une source ultrabrillante de paires de photons indiscernables et enchevêtrés en polarisation

par Matteo Finazzer

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 École doctorale physique , en partenariat avec PHotonique, ELectronique et Ingéniérie QuantiqueS (laboratoire) depuis le 23-03-2020 .


  • Résumé

    Les paires de photons enchevêtrés, liés par des corrélations d'origine purement quantique, constituent une ressource clé pour les technologies quantiques de l'information. Elles sont en particulier au cœur des protocoles quantiques de distribution de clé secrète à longue distance. La thèse proposée vise à réaliser une source très brillante de paires de photons enchevêtrés et indiscernables, en s'appuyant sur la maturité technologique des matériaux semiconducteurs de la famille des arséniures. En principe, une boîte quantique InAs/GaAs peut être utilisée pour émettre à la demande des paires de photons enchevêtrés en polarisation. En pratique toutefois, la réalisation d'une telle source se heurte à trois défis : 1) en général, une boîte quantique (BQ) présente une asymétrie morphologique qui dégrade l'enchevêtrement, 2) la lumière émise par la BQ reste piégée par la matrice semiconductrice, qui présente un fort indice de réfraction et 3) les bruits externes, inhérents à un environnement solide, dégradent les propriétés spectrales des photons émis. Nous proposons de relever simultanément ces trois défis en intégrant la BQ dans un nouveau dispositif combinant ingénierie photonique et mécanique. Côté photonique, la BQ sera intégrée dans une nanocavité avec adaptateur de mode, qui permettra d'accélérer l'émission spontanée de la BQ, la rendant ainsi moins sensible aux processus incohérents. Côté mécanique, le dispositif intégrera un actuateur qui permettra d'appliquer une contrainte externe sur la BQ, pour compenser son asymétrie naturelle. Le/la candidat(e) contribuera à la réalisation de la source en salle blanche, et conduira sa caractérisation optique.

  • Titre traduit

    An ultrabright source of indistinguishable, polarization-entangled photon pairs


  • Résumé

    Entangled photon pairs, which exhibit purely quantum correlations, are a key resource for quantum information technologies. They are in particular at the heart of the quantum distribution of a secret key over long distances. The proposed PhD aims at realizing an ultrabright source of indistinguishable, entangled photon pairs and builds on the technological maturity of arsenide semiconductors materials. In principle, an InAs /GaAs quantum dot (QD) can be used to emit pairs of polarization-entangled photons on demand. In practice however, the realization of such a source faces three challenges: 1) a QD generally presents a morphological asymmetry which spoils the entanglement, 2) the light emitted by the QD remains trapped by the high-index semiconductor matrix, 3) external noises, which are inherent to a solid-state environment, degrade the spectral properties of the emitted photons. We propose to overcome simultaneously these challenges by integrating the QD in a new structure which combines photonic and mechanical engineering. On the photonic side, the QD will be embedded into a tapered nanocavity, which will accelerate the QD spontaneous emission, making it much less sensitive to incoherent processes. On the mechanical side, the device will include an actuator, designed to apply a controlled external stress on the QD in order to compensate for its natural asymmetry. The successful candidate will contribute to the realization of the source, and will conduct its optical characterization.