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Résumé :
Le passage aléatoire des charges à travers une jonction tunnel génère un bruit en courant, qui peut être capté par l’environnement de la jonction où il crée des excitations électromagnétiques appelés photons. Dans cette thèse, nous démontrons qu’une jonction tunnel supraconductrice couplée à un environnement bien choisi peut implémenter une source brillante de rayonnement micro-onde quantique. L’énergie nécessaire pour créer les photons est fournie par la source de tension continue lors du passage tunnel inélastique d’une paire de Cooper à travers la jonction. Nous détectons cette lumière émise et étudions ses propriétés avec des outils de l’optique quantique adaptés au domaine micro-onde. Nous caractérisons le dégroupement des photons émis dans un seul mode fortement couplée à une jonction, ainsi que l’intrication de paires de photons émis dans deux modes à des fréquences différentes. Outre une meilleure compréhension du couplage charge-lumière dans les conducteurs cohérents, ces travaux pourraient déboucher sur de nouvelles façons de manipuler l’information au niveau quantique.
Mots-clés : Photonique Josephson, Supraconductivité mésoscopique, Optique quantique micro-onde.
Quantum microwave sources from inelastic Cooper pair tunneling
Abstract :
The probabilistic charge transfer in tunnel junctions is a source of current noise, which can be picked up by the environment of the junction where it creates electromagnetic excitations – or photons. In this thesis, we demonstrate that a superconducting tunnel junction coupled to a tailored environment can act as a bright source of quantum microwave radiation. The energy required to create photons is extracted from a DC voltage source during the inelastic tunnelling of Cooper pair through the junction. We detect this emitted light and study its properties with quantum optics tools adapted to the microwave domain. We characterize the single-photon nature of the light emitted in a single mode strongly coupled to a junction, as well as the entanglement of photon pairs emitted in a two modes at different frequencies. In addition to a better understanding of the charge-light coupling in coherent conductors, this work could lead to new ways of manipulating information at the quantum level.
Keywords: Josephson photonics, Mesoscopic superconductivity, Microwave quantum optics.
Jury:
- Jacqueline Bloch,
- Benjamin Huard,
- Nicolas Roch,
- Nicolas Treps,
- and Xavier Waintal
- Anne Anthore and Jean-Jacques Greffet : invited members.
SPEC/GNE