Spins individuels dans le diamant pour l'information quantique
Auteur / Autrice : | Anaïs Dréau |
Direction : | Jean-François Roch |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Sciences physiques |
Date : | Soutenance le 05/12/2013 |
Etablissement(s) : | Cachan, Ecole normale supérieure |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences pratiques (1998-2015 ; Cachan, Val-de-Marne) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire de Photonique Quantique et Moléculaire |
Jury : | Examinateurs / Examinatrices : Michel Brune, Franck Balestro, Isabelle Robert-Philip, Vincent Jacques |
Rapporteurs / Rapporteuses : Fedor Jelezko, Xavier Marie |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
L'information quantique repose sur un traitement de l'information, non plus de manière classique, mais de manière quantique, afin d'augmenter l'efficacité de certains algorithmes informatiques. Un tel objectif nécessite de construire des registres quantiques fondés, par exemple, sur l'assemblage cohérent d'un grand nombre de systèmes quantiques individuels qui jouent alors le rôle de bits d'information quantiques. Dans ce contexte, le centre coloré NV du diamant fait l’objet de nombreuses recherches car il est l’un des rares systèmes pouvant être utilisé comme bit quantique à l’état solide et à température ambiante. Cette thèse étudie les interactions du spin électronique du centre NV avec des spins nucléaires présents dans la matrice de diamant, dans le but de créer des registres quantiques hybrides dans le diamant. Dans un premier temps, nous expliquerons comment le spin électronique du centre NV peut être utilisé pour détecter des spins nucléaires disséminés dans le diamant. Puis, le centre NV sera exploité comme bit quantique auxiliaire pour initialiser l'état de ces spins nucléaires, soit en tirant profit d'un anti-croisement de niveaux, soit en implémentant une mesure projective. Enfin, nous analyserons les origines des limitations des temps de cohérence des centres NV dans les échantillons de diamant ultrapurs, provenant de l'interaction avec un bain de spins nucléaires environnant. Outre leur intérêt en information quantique, l’étude et le contrôle des spins dans le diamant ouvrent la voie à la réalisation de nano-capteurs ultrasensibles, dont les applications couvrent des domaines très variés de la physique moderne.