Boîte quantique, Microcavité, Polarisation, Spin, Photonique, Interaction lumière-Matière, Interface spin-Photon

Le développement d'une interface entre qubits stationnaires et qubits messagers offre de nombreuses possibilités pour les communications quantiques, via l'échange d'information entre qubits, et pour le calcul quantique, via la réalisation de portes logiques et/ou d'états quantiques complexes, multi-intriqués. Dans ce contexte, nous étudions un système de boîte quantique semiconductrice placée dans une cavité optique de type micropilier. Un tel système permet de piéger un électron dont le spin peut interagir avec un photon incident : la polarisation du photon réfléchi est alors modifiée selon l'état de spin de l'électron. L'objectif d'une telle interface est d'obtenir une correspondance parfaite entre l'état de spin et l'état de polarisation du photon après interaction avec la boîte quantique. Cela se traduit par une rotation géante de polarisation des photons réfléchis par le système étudié, rotation dont la direction dépend de l'état de spin. Nous avons donc développé une expertise dans la génération d'états de polarisation spécifiques, ainsi que dans la mesure d'états de polarisation arbitraires, afin d'analyser la réponse en polarisation du dispositif boîte quantique-micropilier. Nous démontrons ensuite la possibilité d'obtenir une rotation de polarisation géante qui dépend de l'état de spin de l'électron. La mesure de cette rotation est permise par une tomographie de polarisation complète. Enfin, nous étudions l'efficacité de la projection de l'état du spin induite par la détection d'un photon réfléchi par le système, afin de caractériser les performances de notre interface spin-photon. Cette étude est réalisée grâce à des corrélations croisées entre évènements de détection, qui sont mesurés dans des bases de polarisations complémentaires. Ces mesures permettent aussi de remonter à la dynamique du spin après interaction. Nous présentons également une boîte à outils de simulation numérique, basée sur la résolution de l'équation maîtresse, qui permet de prédire l'ensemble des résultats expérimentaux et de comprendre les différents processus en jeu. Cet outil de simulation numérique permet également de quantifier les grandeurs décrivant notre boîte quantique et notre cavité. Ce travail ouvre des possibilités vers la réalisation d'interfaces spin-photon efficaces, construites à partir de boîtes quantiques chargées en cavité.