Opérations quantiques entre un spin unique et des photons uniques

Quantum operations between a single spin and single photons

• Auteur / Autrice : Adrià Medeiros
• Direction : Loïc Lanco
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Photonique
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)

Mots clés

Mots clés libres

Boîtes quantiques semiconductrices

Microcavités

Interaction lumière-matière

Optique quantique

Spin

Semiconductor quantum dots

Quantum Optics

Spin

Light-matter interaction

Microcavities

Résumé

Pour développer une interface spin-photon efficace, nous utilisons le bit quantique de spin porté par un électron ou un trou, dans une boîte quantique (BQ) semiconductrice InAs, placée au centre d'une cavité optique à micropilier, contactée électriquement. Récemment, nous avons démontré qu'un photon réfléchi par une telle structure BQ-cavité pouvait subir une rotation de polarisation géante, au point qu'une polarisation horizontale peut être convertie de façon contrôlée en polarisation verticale, de façon dépendante de l'état de spin. Grâce à cette exaltation géante de l'interaction spin-photon en cavité, nous avons pour objectif de développer un certain nombre d'opérations quantiques entre un spin unique et des photons uniques, incluant : intrication spin-photon, portes logiques spin-photons, et émission de photons uniques et portes photon-photon médiées par un spin.

To develop an efficient spin-photon interface, we use the spin qubit carried by a semiconductor electron or hole, in an InAs quantum dot (QD), embedded in an electrically-contacted pillar microcavity. Recently, we have demonstrated that a photon reflected by such a QD-cavity structure can experience a drastically-enhanced rotation of its polarization, to the point where an horizontally-polarized incoming photon can be controlably converted into a vertically-polarized one, or preserve its initial polarization, depending on the spin qubit state. Based on this giant enhancement of the spin-photon interaction in a microcavity, we plan to develop a number of quantum operations between a single spin and single photons, including spin-photon entanglement, spin-photon logic gates, as well spin-mediated single photon emission and photon-photon gates.