Simulation quantique avec des émetteurs quantiques couplés à un réseau photonique // quantum simulation with quantum emitters couplet to a photonic lattice

Topic description

Le couplage d'émetteurs quantiques aux modes optiques d'un réseau photonique crée de nouvelles opportunités pour concevoir des sources de lumière quantique et développer de nouveaux simulateurs quantiques. Cela permettrait d'étudier des états non classiques avec intrication étendue et la mise en œuvre de phases de lumière fortement corrélées [1].
L'objectif principal de cette thèse est d'étudier expérimentalement les propriétés optiques d'émetteurs quantiques couplés à un réseau de résonateurs photoniques. Nous avons récemment développé un système à cavité ouverte contenant des molécules individuelles de DBT. Chaque molécule est un système à deux niveaux dont l'excitation se couple à la lumière. La cavité ouverte est constituée de deux miroirs rapprochés (distants d'environ 2 microns) à l'aide d'actionneurs piézoélectriques dédiés. L'un des miroirs a été façonné pour former des réseaux de résonateurs photoniques.
En variant la géométrie des réseaux de résonateurs, la densité d'états peut être dessiné pour présenter des points de Dirac, des singularités de van Hove, des bandes plates, etc. Ces modes photoniques collectifs peuvent être utilisés pour coupler les émetteurs quantiques par l'échange de photons du réseau. Le but de cette thèse est de démontrer expérimentalement un tel couplage entre émetteurs quantiques médié par les photons de cavité et de révéler des phénomènes tels que la superradiance et la subradiance, qui n'ont jamais été observés dans le contexte de l'électrodynamique quantique en réseau.
Cette thèse de doctorat s'inscrit dans le projet européen QuantERA MOLAR en collaboration avec Florence, Madrid, Prague et Würzburg.
Site web du groupe : [1] A. González-Tudela and J. I. Cirac, Phys. Rev. Lett., .
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Coupling quantum emitters to the optical modes of a photonic lattice creates new opportunities for engineering exotic quantum light sources and developing novel quantum simulators with long-range interactions. It would allow studying non-classical states with spread entanglement and the implementation of strongly correlated phases of light [1].
The main goal of this thesis is to experimentally study the optical properties of quantum emitters coupled to a lattice of photonic resonators. We have recently implemented an open cavity system with embedded individual molecules of DBT. Each molecule is a two-level system whose excitation couples to light. The open cavity is made of two mirrors brought in close proximity (about 2 microns apart) with the use of dedicated piezo actuators. One of the mirrors has been etched using focus ion beam technology to engineer lattices of hemispheric cavities, which define a photonic lattice.
By modifying the geometry of the photonic resonators, the density of states can be engineered to display Dirac points, van Hove singularities, flat bands, etc. These collective photonic modes can be used to couple the quantum emitters in different ways via the exchange of lattice photons. The objective of this thesis is to demonstrate the coupling of distant quantum emitters mediated by cavity photons and to reveal phenomena such as superradiance and subradiance, which have never been observed in the context of lattice quantum electrodynamics.
This PhD thesis is part of the QuantERA european project MOLAR in collaboration with Florence, Madrid, Prague and Würzburg.
Group website: [1]A. González-Tudela and J. I. Cirac, Phys. Rev. Lett., .
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Début de la thèse : 01/10/
WEB :

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Programmes de l'Union Européenne de financement de la recherche (ERC, ERASMUS)