Quantum purity and symmetry control of single-photon sources based on semiconductor quantum dots
Pureté quantique et contrôle de symétrie de sources de photons uniques à base de boîtes quantiques semiconductrices
Résumé
Quantum dots are a key building block for quantum technologies as they are able to generate single photons or entangled photon pairs. The deterministic fabrication of sources based on quantum dots in cavities paves the way towards scalability: we show for the first time that it is possible to obtain homogeneous properties, by studying in detail 15 of our sources. Each characteristic of the quantum dots’ emission is measured with a specific setup. Among them, the indistinguishability is accessible through the visibility of the Hong-Ou-Mandel interference. We study how this latter quantity is affected by the presence of additional photons, depending on the nature of that noise. We thus derive a formula to deduce the true single-photon indistinguishability from the measured visibility and apply it to our sources. Finally, the properties of the emission from quantum dots is deeply related to their charge state and symmetry. We propose a new way to control the exciton’s symmetry by applying three voltages via a specific structure. This experimental study opens the way to the reproduciblegeneration of entangled photon pairs with a high brightness as well as frequency-encoded qubits.
Les boîtes quantiques sont des éléments clés pour le développement des technologies quantiques car elles peuvent générer desphotons uniques et des paires de photons intriqués. La fabrication déterministe de sources à base de boîtes quantiques en cavité ouvre la voie vers leur utilisation à grande échelle : nous montrons ainsi pour la première fois qu’il est possible d’obtenir des propriétés homogènes, en étudiant en détails 15 de nos sources. Chacune des caractéristiques de l’émission des boîtes quantiques est mesurée avec un montage expérimental spécifique. Parmi celles-ci, l’indiscernabilité est accessible via la visibilité de l’interférencede Hong-Ou-Mandel. Nous étudions comment cette dernière quantité est affectée par la présence de photons additionnels, selon la nature de ce bruit. Nous dérivons ainsi une formule pour déduire la vraie indiscernabilité des photons uniques à partir de la visibilité mesurée, et nous l’appliquons à nos sources. Enfin, les propriétés de l’émission des boîtes quantiques sont profondément liées à leur état de charge et à leur symétrie. Nous proposons une nouvelle façon de contrôler le dédoublement de structure fine de l’exciton en appliquant trois tensions électriques via une structure de contact déporté. Cette étude expérimentale ouvre la voie à la génération reproductible de paires de photons intriqués avec une grande brillance, ainsi que de qubits encodés en fréquence.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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