Source à photon unique intégrée sur une plateforme hybride de guides à échange d’ions – SINPHONIE

L’intégration de sources de photons uniques reste depuis de nombreuses années un verrou technologique crucial qui limite le développement des applications de l’optique quantique, notamment dans le traitement quantique de l’information, mais aussi en métrologie et dans le domaine des capteurs optiques à l’échelle de la molécule unique. Les avancées récentes dans le domaine de la plasmonique ont convaincu le consortium que la rupture technologique est maintenant très proche. Les partenaires ont en effet été impliqués dans plusieurs résultats nouveaux comme l’intégration de guides à plasmons de surface localisés très compacts sur des guides d’onde optiques réfractifs ou la mise en évidence de la génération de plasmons de surface uniques par excitation d’un nanodiamant comportant un seul centre coloré au voisinage immédiat d’un film métallique. La combinaison judicieuse de ces propriétés pourrait conduire à une source intégrée de photons uniques compacte, fibrée, particulièrement efficace et compatible avec les applications. De manière plus générale l’intégration de nanostructures métalliques supportant des modes de plasmons localisés dans les circuits optiques traditionnels reposant sur un guidage réfractif de la lumière pourrait considérablement enrichir les possibilités d’architectures de composants optiques intégrés.

Le travail fondamental proposé dans SINPHONIE porte sur la combinaison de structures diélectriques à guidage faible (microguides obtenus par échange ionique dans du verre), de structures plasmoniques à guidage fort (nanoguides ou nanocavités métalliques) et de nano-sources de photons uniques (nanodiamant comportant un centre coloré unique).
Les applications envisagées recouvrent le domaine de la cryptographie quantique, des capteurs et détecteurs quantiques ou encore la métrologie optique. Les sources de photons uniques sont aujourd’hui fréquemment utilisées dans les laboratoires et sont prêtes pour les applications de marché, mais encore très peu d'entreprises ont réussi à développer une source efficace avec des caractéristiques bien déterminées. Nous cherchons donc à relever ce défi en travaillant sur l’intégration d'une source de photons uniques sur une plateforme d’optique intégrée sur verre qui est déjà à maturité industrielle.

Les trois partenaires du projet sont le Laboratoire de Nanotechnologie et d’Instrumentation Optique de l’Université de Technologie de Troyes, l’Institut Néel de Grenoble et l’entreprise Teem Photonics de Meylan. Les trois partenaires se complètent de par leurs compétences respectivement en nano-photonique, optique quantique et en optique intégrée sur verre.
Les aspects fondamentaux du projet SINPHONIE sont la conception et la fabrication de structures photonique hybrides métallo/diélectrique micro et nanostructurées combinant le faible et le fort confinement sur une même plateforme et la caractérisation des propriétés quantiques d’émetteurs uniques intégrés dans ces structures.