Optique quantique électronique

Résumé

Les progrès des techniques de nanofabrication des dix dernières années ont permis la mise en place de protocoles visant à manipuler les charges uniques dans les nanostructures. Ces nouvelles techniques permettent d'envisager la réalisation d'expériences d'optique quantique avec des électrons. Cette thèse s'inscrit dans ce contexte. Le but de ce travail a été la construction d'un formalisme adapté à la description de telles expériences. Ce formalisme, construit en analogie avec la théorie de la cohérence quantique du champ électromagnétique de Glauber, souligne les similitudes et différences entre les photons se propageant dans le vide, et le transport électronique dans des conducteurs balistiques unidimensionnels. En particulier, il rend compte de la décohérence et de la relaxation en énergie des excitations électroniques en présence d'interactions. Un autre aspect de cette thèse a été la proposition de protocoles permettant de mesurer des quantités directement reliées aux propriétés de cohérence décrites par le formalisme de l'optique quantique électronique. En particulier, un protocole de tomographie quantique reposant sur l'effet Hanbury Brown et Twiss a été proposé pour reconstruire la cohérence à un corps d'une source monoélectronique. Ce protocole peut aussi être envisagé pour obtenir des informations sur les mécanismes de décohérence.

mots clés

Titre traduit

Electronic quantum optics
Résumé

The last ten years saw tremendous progress in nanofabrication techniques. These progresses allowed the realization of experimental protocols aiming at the manipulation of single electrons in nanostructures. Thus, the advent of these technologies permit to envision the realization of electronic analogues of quantum optics experiments. This thesis is devoted to the theoretical study of quantum optics with electrons propagating in quantum Hall edge channels, in analogy with Glauber's theory for the quantum coherence of the electromagnetic field. The proposed formalism underlines the analogies and differences between photons propagating in the vacuum and electrons in ballistic conductors. In particular, it takes into account the decoherence and relaxation of electronic excitations under the influence of a linear electromagnetic environment. All along this thesis, efforts have been made to propose protocols aiming at accessing experimental quantities related to the coherence properties described by the electron quantum optics formalism. A particular example is a single electron quantum tomography protocol which reconstructs the single particle coherence from current noise measurements. This protocol can also be envisioned to probe decoherence mechanisms.