Centres colorés W pour la photonique quantique intégrée – WOUAH

La plate-forme silicium-sur-isolant (SOI) offre la possibilité d’intégrer sur un même circuit l’ensemble des composants nécessaires à la génération, manipulation et détection de bits quantiques photoniques. Bien que cette stratégie d’intégration soit à ce jour la plus prometteuse en vue du passage à l’échelle des systèmes de calcul ou de simulation quantiques, ses bénéfices ont été limités jusqu'ici par le manque d’une source intégrable de photons uniques indiscernables « à la demande ».
Le projet WOUAH vise à développer une telle source à base de silicium, intégrée au sein d’une puce photonique en SOI. La source exploitera l’émission spontanée d’un défaut ponctuel du silicium, le centre coloré W, en régime d’effet Purcell dans une microcavité optique. Grâce à cet effet quantique, nous obtiendrons un rendement radiatif quasiment parfait pour le centre W ainsi qu’une collection très efficace des photons uniques par un guide d’onde monomode couplé à la cavité (>90%) et nous démontrerons l’indiscernabilité des photons émis.
De plus, WOUAH cherchera à développer un procédé de fabrication aussi déterministe que possible, permettant de fabriquer des cavités contenant exactement un centre coloré, placé au ventre du mode de cavité, avec un taux de succès élevé.
WOUAH s'appuie sur un ensemble de contributions pionnières des trois partenaires, notamment l’observation du dégroupement de photons pour des défauts uniques isolés dans le silicium (2020) et l’observation de l’effet Purcell (jusqu’ici pour des ensembles de centres colorés) en microcavité optique sur puce SOI (2023).
Les trois partenaires de WOUAH apportent des compétences complémentaires dans les domaines de la conception/fabrication/caractérisation de microstructures photoniques sur SOI, la fabrication de centres colorés par implantation, l’étude de défauts uniques par spectroscopique optique, ainsi que l’estimation des facteurs de mérite de sources de photon uniques à l’aide d’expériences d’optique quantique.