Développement de détecteurs de photons uniques supraconducteurs intégrés sur guide silicium pour l'information quantique

Development of superconducting nanowire single photon detectors integrated on Silicon waveguides for quantum information

• Auteur / Autrice : Raouia Rhazi
• Direction : Jean-Michel Gérard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique appliquée
• Date : Soutenance le 05/12/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble, Isère, France ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : David Ferrand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nadia Belabas
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Fabrice Raineri, Christophe Couteau, Elisabeth Blanquet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détecteurs

Photonique

Supraconducteurs

Mots clés libres

Matériau supraconducteur

Photonique quantique

Détecteurs de photon unique à nanofil supraconducteurs de photon unique

Quantum photonic

Superconducting material

Superconducting nanowire single photon detectors

Résumé

Le traitement quantique de l'information apporte de nouveaux protocoles et de nouvelles fonctionnalités dans le domaine des communications en garantissant une sécurité absolue du transfert de l'information et dans le domaine du calcul, avec la perspective d'effectuer très rapidement des calculs massivement parallèles. La deuxième révolution quantique est amorcée car ces concepts sortent des laboratoires théoriques pour devenir des applications industrielles concrètes grâce aux technologies intégrées. Les photons constituent un excellent support de l'information quantique pour ces deux applications. Trois composants-clés sont nécessaires : une source de photons uniques, un circuit passif reconfigurable permettant de les manipuler et un détecteur de photons uniques. L'objectif de cette thèse est de concevoir, fabriquer et caractériser des détecteurs de photons uniques supraconducteurs intégrés sur silicium, présentant une grande largeur spectrale autour de la longueur d'onde telecom de 1.55 µm, avec une absorption supérieure à 95% et la possibilité de résoudre le nombre de photons reçus. Cette thèse sera effectuée en collaboration entre l'INAC et le département d'optique et photonique du Leti, permettant d'allier les expertises et savoir-faire complémentaires des deux laboratoires. Cette thèse sera effectuée en parallèle de développements de sources de photons uniques intégrées sur silicium et apportera une brique essentielle pour l'intégration sur la même puce d'un circuit complet permettant de générer, manipuler et détecter des photons uniques pour les communications sécurisées et le calcul quantique.

Quantum information processing offers new protocols and functionalities in the field of communications by providing an absolute security guaranteed by the quantum physics laws as well as in the field of quantum computing, with the perspective to drastically speed up massively parallel computations. The second quantum revolution is now about to take place with theoretical concepts being brought into concrete applications thanks to integrated technological solutions. Photons are an excellent physical implementation of quantum bits for these two applications. Photonic quantum information processing requires three key functionalities: a source of single photons, a reconfigurable circuits for their manipulation and a single photon detector. The objective of this PhD work is to design, fabricate and characterize superconducting single photon detectors integrated on silicon photonic circuits, with very high efficiency above 95%, a large spectral operating range at telecom wavelength and the ability to resolve the number of received photons. This PhD will take place at CEA, in collaboration between INAC and LETI institutes to benefit from their complementary expertise. This PhD work will be conducted in parallel with developments of single photon sources and will bring an essential building block for the integration of complex circuits able to generate, manipulate and detect tens of photonic qubits for secured communications and quantum computing.