CE47 - Technologies quantiques

Boîte et molécule quantiques semi-conductrices localisées pour l'optique quantique intégrée – I-SQUAD

Résumé de soumission

L’intrication entre des mémoires quantiques stationnaires et des qubits photoniques est une étape fondamentale dans les développements futurs de réseaux de communications quantiques. Motivée par ces applications potentielles, une nouvelle direction de recherche a vu le jour, explorant la manipulation cohérente tout-optique de qubits de spins uniques et isolés.
La discrétisation du spectre d’énergie des boîtes quantiques semiconductrices et leur intégration facile dans des dispositifs conventionnels à base de semiconducteurs, les rendent particulièrement attractives pour ce genre d’applications. Les boîtes quantiques couplées, où les porteurs peuvent passer par effet tunnel cohérent d’une boîte à l’autre, sont encore plus intéressantes pour stocker l’information car elles constituent des qubits de spin avec des temps de cohérence très longs ce qui est nécessaire pour réaliser les portes logiques pour le calcul quantique. Les boîtes quantiques auto-assemblées ont déjà démontré leurs propriétés remarquables en tant que sources de photons uniques et indiscernables mais leur position aléatoire représente un obstacle pour leur intégration dans les circuits et les réseaux photoniques quantiques.
Nous proposons de développer un nouveau procédé de fabrication pour une plateforme intégrée d’optique quantique, basé sur une croissance localisée de boîtes, intégrées dans des cavités à cristaux photoniques qui seront reliées par des guides d’onde planaires unidimensionnels et démontrer l’intrication de qubits de spin distants, le tout, « on-chip ».
- Le premier objectif du projet est d’établir une stratégie de croissance pour des boîtes quantiques-molécules contraintes, avec une précision inégalée sur la position des boîtes, leur énergie et le couplage tunnel. Cette stratégie est basée sur l’utilisation de substrats gravés de nano-trous afin de contrôler la migration des adatomes sur la surface de croissance, conduisant à des variations d’épaisseur et de composition contrôlables à l’échelle nanométrique pendant la croissance. Des substrats gravés de nano-trous ex-situ seront utilisés pour démontrer qu’il est possible de créer un procédé évolutif pour réaliser des matrices de boîtes quantiques-molécules. Ceci constitue une étape fondamentale dans la création d’un réseau quantique de portes optiquement connectées à base de boîtes quantiques.
- L’extraction de la lumière reste le défi principal dans la réalisation d’une interface spin-photon efficace. Le deuxième objectif sera donc d’insérer les émetteurs dans des structures photoniques de manière déterministe, pour tirer profit des effets d’électrodynamique quantique en cavité. Les niveaux électroniques des boîtes quantiques - molécules seront contrôlés localement par l’application de champs électriques et seront parfaitement ajustés au mode optique d’une cavité à cristal photonique, couplé à des injecteurs/extracteurs efficaces de lumière.
- Le but du projet I-SQUAD est d’établir les conditions expérimentales nécessaires pour la réalisation de l’intrication spin-photon sur puce. Pour cela, nous démontrerons d’abord la manipulation cohérente tout-optique du qubit de spin (initialisation, contrôle cohérent, et lecture) matérialisé par un spin de trou dans une boîte quantique-molécule insérée dans une cavité à cristal photonique, puis l’intrication spin-photon. Ces deux démonstrations, et la réalisation on-chip des interférences à deux photons de deux boîtes quantiques-molécules, représenteront les briques de base pour les futurs réseaux quantiques locaux réalisés à partir de ces nano-processeurs quantiques interconnectés.

Coordinateur du projet

Madame Valia VOLIOTIS (Institut des nanosciences de Paris)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

INSP Institut des nanosciences de Paris
C2N Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
INSP Institut des nanosciences de Paris
LP2N Laboratoire Photonique, Numérique, Nanosciences

Aide de l'ANR 578 347 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2018 - 48 Mois

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