Source de photons uniques sur puce, non-cryogénique, à base de boîte quantique semi-conductrice

Non-cryogenic on-chip single photon source based on semiconductor quantum dot

• Auteur / Autrice : Francis Granger
• Direction : Kuntheak Kheng, Gilles Nogues
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Nanophysique
• Date : Inscription en doctorat le 03/10/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PHotonique, ELectronique et Ingéniérie QuantiqueS

Mots clés

Mots clés libres

Boîte quantique

Source de photons uniques

Intégration

Single photon source

Quantum dot

Integration

Résumé

Les photons uniques sont nécessaires à la communication sécurisée ou au calcul quantique. L'intégration de sources quantiques à des guides d'ondes photoniques est cruciale pour le développement de sources 'plug and play' pour la communication quantique sécurisée ainsi que pour les expériences nécessitant des circuits photoniques complexes comme le calcul quantique par optique linéaire. L'objectif de la thèse est de développer une source de photons uniques sur puce consistant en un émetteur de photons uniques intégré dans un circuit photonique et capable de fonctionner à une température > 200K, une température atteignable avec un refroidisseur Peltier. L'émetteur à photons uniques est constitué d'une boîte quantique CdSe (quantum dot QD) insérée dans un nanofil ZnMgSe (nanowire NW) agissant comme un fil photonique aidant à guider les photons émis et à se coupler de manière évanescente avec le circuit photonique. Les objectifs de la thèse seront les suivants : (i) étudier les propriétés optiques des NWQD pour des applications d'optique quantique ; (ii) concevoir, fabriquer et caractériser des guides d'ondes et des circuits photoniques; (iii) étudier le couplage des NWQD au guide d'ondes et caractériser les performances de la source de photons uniques sur puce. Cette thèse permet d'aborder différents sujets en nanosciences et en optique : propriétés des QD, nano-fabrication en salle blanche, études de micro-photoluminescence, interaction lumière-matière dans un circuit photonique.

Single-photons are required for ultimately secure communication or quantum computing. Integration of quantum sources with photonic waveguides is crucial for the development of “plug and play” sources for secure quantum communication as well as for experiments requiring complex photonic circuits such as linear optics quantum computing. The goal of the thesis is to develop an on-chip single-photon source consisting of a single-photon emitter integrated into a photonic circuit and able to operate at a temperature > 200K, a temperature reachable with a Peltier cooler. The single-photon emitter consists of a single CdSe quantum dot (QD) inserted a ZnMgSe nanowire (NW) acting as a photonic wire helping to guide the emitted photons and to couple evanescently with the photonic circuit. The goals of the PhD will be: (i) to investigate the NWQD optical properties for quantum optical applications, (ii) to design, fabricate and characterize waveguides and photonic circuits (iii) to study the coupling of the NWQD to the waveguide and characterize the single-photon performance of the on-chip single-photon source. This PhD allows to tackle different topics in nanosciences and optics: QD properties, nano-fabrication in a clean room, micro-photoluminescence studies, light-matter interaction in a photonic circuit.