MINATEC

Le sujet de thèse porte sur l'étude physique d'atomes artificiels couplés à un système photonique unidimensionnel, mieux connus sous le nom d' « atome uni-dimensionnel (atome 1D)». Expérimentalement, on peut par exemple réaliser un atome 1D en plaçant une boîte quantique semiconductrice dans un fil photonique.

Le sujet de thèse porte sur l'étude physique d'atomes artificiels couplés à un système photonique unidimensionnel, mieux connus sous le nom d' « atome uni-dimensionnel (atome 1D)». Expérimentalement, on peut par exemple réaliser un atome 1D en plaçant une boîte quantique semiconductrice dans un fil photonique. Les propriétés des atomes 1D sont sensibles à la présence de photons uniques, ce qui les rend prometteurs pour la réalisation de dispositifs quantiques tels que des portes logiques photoniques ou des transistors à photon unique. Récemment, nous avons montré théoriquement qu'un photon unique résonnant pouvait accélérer d'un facteur 2 la relaxation d'un atome 1D excité. Ce phénomène d'émission stimulée irréversible, typique de cette géométrie unidimensionnelle, ouvre la voie à l'amplification efficace d'états classiques ou quantiques de la lumière.

Le but de cette thèse est d'étendre l'étude théorique des atomes 1D, qui a été jusqu'ici restreinte au cas d'un atome idéalisé à deux niveaux. D'une part, il s'agira de raffiner le modèle pour tenir compte des spécificités d'un émetteur de type boîte quantique (états multi-excitoniques, couplage aux phonons de l'environnement). En particulier, on envisagera le cas d'une boîte quantique dopée, et les applications potentielles qui y sont associées, telles que la réalisation d'une interface spin-photon, la détection de photon unique ou encore le clonage de la polarisation d'un photon. Une seconde extension consiste à étudier comment évolue le phénomène d'émission stimulée dans le cas de plusieurs photons incidents (généralisation à N excitations). L'étudiant devra s'approprier les résultats déjà acquis dans le groupe pour la réponse de l'atome 1D à une excitation par une impulsion à un photon, et les étendre au cas multiphotonique, en étudiant tout particulièrement le rôle des corrélations temporelles du champ sur la réponse de l'atome.