EXciTation REsonnante de boîtes quantiques seMiconductrices pour la génération d’états non classique de la lumièrE (EXTREME) – EXTREME

De nos jours, l’information quantique est une thématique importante dans le domaine des nanosciences. Pour d’éventuelles applications mais aussi pour expériences d’optique quantique fondamentale, il est nécessaire d’avoir des sources à photons uniques fiables. Ainsi, en cryptographie quantique il est essentiel d’assurer la transmission de l’information de manière parfaitement sécurisée et pour cela les sources à photons uniques émettant les photons un par un à la demande, sont indispensables. L’idée la plus simple pour réaliser des telles sources est d’utiliser la luminescence d’un système quantique à deux niveaux. Cependant, le défi principal pour obtenir une source à photons uniques avec de grandes performances est d’augmenter la probabilité de détecter un photon par cycle d’excitation. Cette probabilité dépend aussi bien des propriétés de l’émetteur que de l’efficacité d’extraction du dispositif optique.
Le but de ce projet est d’aborder ces deux problèmes d’un point de vue fondamental, et de réaliser un dispositif optique optimisé de source à photons uniques. Pour cela, nous améliorerons les propriétés d’émission de la source (taux d’émission, temps de cohérence) et en proposant de nouvelles structures d’échantillons nous augmenterons l’efficacité d’extraction de l’ensemble du dispositif. Nous utiliserons des boîtes quantiques à base de semiconducteurs comme sources de lumière non-classique pour des expériences d’optique quantique. Les boîtes quantiques uniques seront initialisées à la résonance de façon à minimiser les processus de décohérence dus à l’interaction avec l’environnement caractéristique des systèmes en matière condensée. Ainsi, les photons émis auront un fort degré d’indiscernabilité. Notre approche expérimentale est originale et puissante par rapport à ce qui a déjà été proposé dans la littérature. Nous développerons de nouvelles structures de manière à augmenter le taux d’émission spontanée de la source tout en améliorant l’efficacité d’extraction du dispositif. De nouvelles expériences d’optique quantique seront mises en oeuvre de manière à démontrer l’intrication de deux qu-bits. Pour cela, nous utiliserons soit les photons émis de manière séquentielle par une boîte unique, soit deux photons unique émis par deux boîtes distinctes. Une expérience d’intrication de deux états d’excitons dans deux boîtes indépendantes sera également mise en œuvre. L’intrication de deux qu-bits est un véritable défi expérimental et acquiert une importance fondamentale pour la réalisation de portes logiques pour le calcul quantique avec des systèmes semiconducteurs.