The resonance fluorescence of single semiconductor quantum dots for the generation of indistinguishable photons
Carole Diederichs (LPA)

Les boîtes quantiques uniques de semiconducteurs, qui sont considérées comme des systèmes à deux niveaux dans le modèle de l’atome artificiel, sont des structures prometteuses pour la réalisation de dispositifs intégrés tels que des sources de photons uniques pour des applications en information quantique. Cependant, contrairement à de véritables atomes, ce sont des systèmes de matière condensée qui souffrent du couplage à leur environnement solide, conduisant à une dégradation de la cohérence des photons émis. Une façon d’éviter ce couplage, et ainsi d’améliorer la cohérence des photons jusqu’à celle imposée par la limite radiative T2=2T1, est d’exciter une boîte quantique strictement à la résonance à basse température. A l’aide d’un montage expérimental permettant de découpler spatialement les chemins d’excitation et de détection, nous avons montré qu’un contrôle fin de l’environnement électrostatique lié au dopage résiduel de ces nanostructures reste néanmoins un enjeu majeur pour répondre au problème largement rencontré de l’inhibition de la fluorescence de résonance des boîtes quantiques. Parallèlement, grâce à des expériences d’optique quantique et de spectroscopie optique de haute résolution, nous avons montré que le régime de diffusion Rayleigh résonnante, où les boîtes quantiques émettent des photons uniques ayant le temps de cohérence du laser d’excitation, constitue une voie originale pour l’élaboration de sources "ultra-cohérentes" de photons uniques présentant de forts degrés d’indiscernabilité. Dans ce régime où le laser contrôle la cohérence des photons et où la limite radiative devient alors une contrainte secondaire, deux photons émis successivement par une même boîte quantique restent indiscernables sur des échelles de temps jamais obtenues auparavant pour un nano-émetteur solide (jusqu’à une dizaine de nanosecondes, à comparer aux temps de vie et de décohérence des porteurs dans une boîte quantique de l’ordre de la centaine de picosecondes).