Technologie hybride SiN/photonic crystals pour la génération d'états non classiques de photons // SiN/photonic crystal hybrid technology for non-classical photon states generation

Les communications quantiques reposent sur la distribution d'états non-classiques de la lumière à des utilisateurs (Alice, Bob, …) spatialement distants. Ce principe est la clé pour le partage sécurisé d'informations ou la connexion de systèmes quantiques distants: le « quantum internet ». La téléportation d'états quantiques associe ainsi l'intrications de deux ou plusieurs photons. Ces états intriqués sont créés en utilisant des sources déterministes de photons uniques, ou bien des sources probabilistes émettant des paires de photons déjà intriquées. Un défi important est la réalisation de systèmes contenant un grand nombre de ces sources avec pour conséquence que celles-ci doivent être identiques, compactes et efficaces énergétiquement. De telles sources trouvent également des applications dans les architectures pour le calcul et la simulation quantique.

Ici, nous abordons cet objectif ambitieux en tirant parti de la combinaison de la plateforme photonique intégrée en nitride de silicium avec des résonateurs hautement non linéaires, basés sur la technologie des cristaux photoniques (PhC).
La collaboration entre Thales R&T et le C2N a permis la réalisation du premier Oscillateur Paramétrique Optique (OPO) à cristaux photoniques [1]. Dans le cadre de la thèse de A. Chopin [2021-2024], nous avons montré que ce dispositif permet la génération de photons intriqués par mélange à 4 ondes spontané (SFWM). La particularité de cette source, sur matériau III-V, est l'efficacité exceptionnelle de la conversion des photons en paires intriquées, combinée à une taille remarquablement petite [2].

Le but de ce doctorat est d'enrichir les circuits photoniques quantiques intégrés avec nos nanosources ultra-efficaces. Pour ce faire, le C2N, le TRT et l'Université de Twente fourniront au candidat au doctorat des capacités de fabrication, un savoir-faire en conception et modélisation, ainsi qu'un accès à la technologie en nitride de silicium.
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Quantum communications rely on the distribution of non-classical states of light to spatially distant users (Alice, Bob, ...). The secure sharing of information or the connection of distant quantum systems: the 'quantum internet' are based on this principle. The teleportation of quantum states thus involves the entanglement of two or more photons. These entangled states are created using
deterministic sources of single photons, or probabilistic sources emitting pairs of already entangled photons. An important challenge is the realization of systems containing a large number of these sources, which must therefore be identical, compact, and energy-efficient.
Such sources also find applications in architectures for quantum computing and simulation. Here we tackle this ambitious goal by leveraging on the combination of the silicon nitride integrated photonic platform with the highly nonlinear resonators, based on the photonic crystal PhC technology.
The collaboration between Thales R&T and C2N led to the creation of the first Photonic Crystal Optical Parametric Oscillator (OPO) [1]. As part of A. Chopin's thesis [2021-2024], we demonstrated that this device allows for the generation of entangled photons through spontaneous four-wave mixing (SFWM). The uniqueness of this source, based on III-V material, lies in its exceptional efficiency in converting photons into entangled pairs, combined with a remarkably small size [2].
The goal of this PhD is to enrich integrated quantum photonic circuits with our ultra-efficient nanosources. In order to do that, C2N, TRT and University of Twente will provide the PhD candidate with fabrication capabilities, design and modeling know-how and access to the silicon nitride technology.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Programme COFUND LIGHTinPARIS

Université Paris-Saclay GS Physique

572 Ondes et Matière

très bonne formation en optique, optique quantique et physique générale bonne aptitude à la programmation scientifique
strong background in optics, quantum optics, general physics good skills in scientific programming