Nanosources semiconductrices pour l'Information Quantique – Senoqi

Les années récentes ont vu la mise en évidence de phénomènes quantiques fondamentaux par des techniques expérimentales de plus en plus élaborées. Ainsi, on est maintenant capable d'étudier, de faire interférer des photons uniques émis par des atomes uniques piégés. On dispose également d'émetteurs de photons intriqués, c'est-à-dire de deux photons dont les états ne peuvent être décrits indépendamment l'un de l'autre. L'intrication de deux particules, une des principales propriétés de la physique quantique, permet de mettre en œuvre la téléportation, transfert d'un état quantique d'un point à un autre sans mesure, et donc sans destruction. Ce projet propose la génération de photons uniques cohérents et de photons intriqués à partir de nanostructures nouvelles. Il se situe donc dans la ligne des développements de la physique quantique. En même temps, ces propriétés connaissent d'ores et déjà un certain nombre d'applications comme la cryptographie quantique, qui utilise des photons uniques. Des systèmes de cryptographie plus élaborés reposent sur des photons intriqués. Ces derniers outre la téléportation doivent permettre de réaliser des portes logiques quantiques, éléments de base d'un futur ordinateur quantique. Les principaux effets quantiques ont été démontrés dans les dernières années avec des ions ou des atomes uniques, d'une part, avec des cristaux non linéaires d'autre part. Cependant, les ions et les atomes uniques sont très complexes à manipuler. Les cristaux non linéaires ont une taille au moins centimétrique et sont difficilement intégrables dans des dispositifs. Les nanostructures semi-conductrices sont des candidats très prometteurs pour aller vers des émetteurs aisément manipulables et éventuellement intégrables, comme l'ont montré quelques laboratoires dans le monde, dont les groupes qui présentent ce projet. Pour ce projet, nous avons identifié deux types de nanostructures capables d'émettre des photons avec les propriétés voulues, qui sont les nanocristaux semi-conducteurs de type CdSe/CdS, isolés ou placés dans des microrésonateurs optiques, et des nanopiliers formés de couches semiconductrices. Les nanocristaux et certaines boites quantiques émettent d'ores et déjà des photons un par un, de manière fiable. Des boites quantiques peuvent aussi émettre des paires de photons intriqués. Cependant, les photons uniques sont émis avec des taux de répétition peu élevés et des caractéristiques de cohérence insuffisantes. De plus, l'intrication des photons émis par les nanostructures que nous proposons d'étudier n'a encore jamais été obtenue, même si des résultats sur des structures analogues sont encourageants. Avec des études détaillées, à la fois théoriques et expérimentales des propriétés de ces nanostructures, appuyées sur des capacités de fabrication variées et flexibles, nous proposons de créer de nouvelles sources nanométriques, efficaces et facilement utilisables de photons « sur mesure ».