Thèse Optique Quantique avec des Émetteurs de Photons Uniques dans des Dispositifs Photoniques Hbn H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Interfaces : matériaux, systèmes, usages Laboratoire de recherche : Groupe d'étude de la matière condensée Direction de la thèse : Jean-Pierre HERMIER ORCID 0000000164383256 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-15T23:59:59 Les défauts profonds optiquement actifs à l'état solide (ou centres colorés) peuvent être considérés comme des atomes artificiels. Ils suscitent un vif intérêt dans le domaine de l'informatique quantique, en raison de leur potentiel en tant qu'émetteurs de photons uniques et de leur intégration possible dans des nanostructures et des dispositifs. Parmi les exemples emblématiques, on peut citer les centres azote-lacune dans le diamant, qui sont à la base des réseaux quantiques émergents. Au cours des dernières années, les centres colorés dans le matériau 2D qu'est le nitrure de bore hexagonal (hBN) se sont révélés comme d'excellents émetteurs quantiques, ouvrant de nouvelles perspectives d'applications pour les technologies quantiques sur puce.
La thèse de doctorat se déroulera au laboratoire GEMaC (UVSQ/CNRS) situé à Versailles. Au sein de l'équipe de nanophotonique quantique, nous avons récemment mis en évidence une nouvelle famille d'émetteurs de photons uniques dans le hBN présentant d'excellentes propriétés en termes de luminosité, de cohérence et de reproductibilité. Ces émetteurs peuvent être créés localement à l'aide d'un faisceau d'électrons dans un microscope électronique à balayage, ce qui nous a permis de démontrer une intégration descendante dans des dispositifs photoniques.
Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet de l'ANR débuté en 2025. Ce projet s'appuie sur les récentes démonstrations expérimentales menées par l'équipe d'accueil et ses partenaires du LPENS (ENS Paris) et du LPEM (ESPCI) afin de développer une nouvelle génération de dispositifs photoniques quantiques de type « top-down », basés sur des émetteurs de photons uniques et des détecteurs supraconducteurs intégrés dans des cavités et des guides d'ondes, en vue d'applications dans le domaine de l'information quantique optique.
Dans ce contexte, le projet de thèse consistera en une caractérisation optique et en des expériences d'optique quantique basées sur des sources de photons uniques intégrées dans des dispositifs photoniques monolithiques en hBN, composés d'une microcavité couplée à un guide d'onde. Ces études expérimentales s'appuieront sur la photoluminescence et l'excitation laser résonante, associées à des techniques de comptage de photons et d'interférométrie (par exemple, interférométrie de Hanbury-Brown et Twiss, Hong-Ou-Mandel), ainsi que de spectroscopie. Les résultats permettront d'établir les paramètres de performance pertinents, tels que la cohérence quantique, la brillance et l'indiscernabilité du système couplé émetteur-cavité, et seront utilisés au cours du projet pour améliorer la conception et la fabrication des dispositifs. L'objectif final est la démonstration de l'interférence quantique de photons émis par des émetteurs distincts. Les expériences seront réalisées à la fois à température ambiante et à température cryogénique. Le candidat devra également participer à la fabrication d'échantillons, en utilisant des techniques de nanofabrication spécifiques aux matériaux 2D.
Le projet sera mené au sein de l'équipe QNP, en collaboration avec les partenaires du projet au LPENS et au LPEM.
Les défauts profonds dans les matériaux à grand gap sont parmi les systèmes physiques les plus prometteurs pour la réalisation de dispositifs permettant l'émission contrôlée de photons uniques indiscernables. Leur intégration contrôlée et leur utilisation pour les applications de photonique quantique intégrée posent des défis importants dans toutes les systèmes de matériaux à l'heure actuelle. Le projet se propose d'explorer une voie novatrice basée sur des matériaux et techniques récents. Étudier des dispositifs photoniques basés sur des centres colorés dans un matériau de van der Waals à grand gap, et réaliser des expériences d'optique pour les applications à l'informatique quantique. Les principales méthodes expérimentales mises en jeu dans la thèse s'appuient sur la microscopie confocale à température ambiante et à basse température (4K). Les techniques utilisées incluent la photoluminescence, basée sur des lasers impulsionnels et continus (diodes lasers, laser à supercontinuum), des systèmes de comptage de photons de type Hanbury Brown et Twiss, des techniques d'interférométrie et de spectroscopie (Hong-Ou-Mandel, photon correlation Fourier spectroscopy). Une participation à la conception, fabrication et caractérisation de dispositifs nanophotoniques est attendue.

- Master en physique, photonique, technologies quantiques ou dans une discipline apparentée
- Bases solides en optique quantique expérimentale ou en photonique
- Une expérience dans le domaine de l'optique expérimentale, nanophotonique, spectroscopie ou lasers est appréciée
- Compétences en programmation pour l'acquisition et l'analyse de données (Python)
- Intérêt pour les technologies quantiques et les émetteurs quantiques à l'état solide.
Le candidat doit faire preuve d'une forte motivation pour la recherche expérimentale, d'autonomie, de curiosité scientifique et de rigueur. De bonnes compétences en communication et une maîtrise de l'anglais sont requises.

• Python
• Programmation
• Anglais
• Autonomie
• Analyse de données
• Spectroscopie