A cavity-based spin-photon interface

Interface spin-photon en cavité La réalisation d’un réseau de communication quantique nécessite la réalisation d’interfaces efficaces entre des qubits stationnaires et messagers. Une approche prometteuse pour cela est le couplage déterministe du spin d’une charge confinée dans une boîte quantique avec une cavité micro-pilier. Nous nous intéressons plus particulièrement ici au développement de portes logiques photoniques, où l’état de polarisation d’un seul photon incident est manipulé par un seul spin.Dans ce contexte, on s’intéresse d’abord à la rotation de polarisation induite par un dispositif de boîte quantique couplée à un micro-pilier. Nous avons développé une technique de tomographie de polarisation,permettant d’analyser la matrice densité de polarisation (représentée dans la sphère de Poincaré) des photons réfléchis. On démontre une excellente efficacité d’injection des photons dans la cavité ainsi qu’une rotation de polarisation macroscopique induite par une seule boîte quantique neutre.Pour réaliser des portes logiques photoniques efficaces, l’état fondamental de la boîte quantique doit correspondre à une boîte quantique chargée, où la charge confinée doit avoir un degré de liberté de spin,manipulable optiquement. On démontre donc la réalisation déterministe d’interfaces spin-photon, qui peuvent notamment être utilisées comme des sources de photons uniques comparables à l’état de l’art.D’autre part, nous utilisons la rotation de polarisation macroscopique induite par un spin unique pour démontrer l’action en retour induite sur l’état de spin par un unique photon détecté. Ce phénomène démontre les fortes corrélations entre l’état de spin et la polarisation d’un photon que l’on est capable d’obtenir avec de telles interfaces.Ces résultats vont dans le sens de la réalisation d’une intrication entre un spin et un photon émis par une source extérieure, ouvrant la voie vers la réalisation de portes logiques entre photons.