Contrôle optique de qubits liés à des centres isoélectroniques d'azote dans le GaAs

Le traitement de l'information quantique est un domaine de recherche actuellement en pleine effervescence car il laisse entrevoir une révolution dans notre façon de traiter et d'échanger de l'information. D'une part, l'ordinateur quantique promet de résoudre des problèmes comme la factorisation d'un polynôme de façon beaucoup plus efficace qu'un ordinateur classique. D'autre part, les communications quantiques promettent l'échange d'information de façon fondamentalement inviolable. Afin de tirer pleinement profit de ces nouvelles technologies, il sera avantageux de construire des réseaux quantiques. Dans un tel réseau, des processeurs quantiques, les noeuds, seront connectés par des photons voyageant dans des fibres optiques. Les réseaux quantiques permettront de déployer les communications quantiques à grande échelle et de créer des super-ordinateurs quantiques. La réalisation de réseaux quantiques nécessitera des interfaces optiques pouvant échanger l'information de façon cohérente entre un qubit (bit d'information quantique) et un photon. L'implémentation de telles interfaces dans un système physique s'avère un important défi scientifique et technologique. Or, les systèmes actuellement envisagés à cette fin souffrent d'un faible couplage avec la lumière ou encore de grandes inhomogénéités, constituant des obstacles à la réalisation de réseaux à grande échelle. Dans cette thèse, le potentiel des centres isoélectroniques pour réaliser des interfaces optiques est évalué. Deux types de qubits liés à des paires d'azote dans le GaAs sont considérés : les qubits excitoniques et les qubits de spin électronique, contrôlables par l'intermédiaire d'excitons chargés. Le contrôle optique complet des qubits excitoniques est démontré, ce qui constitue la première réalisation du genre dans les centres isoélectroniques. L'observation d'excitons chargés dans ce système, liant à la fois des trous lourds et des trous légers, laisse entrevoir de nouvelles possibilités afin de manipuler des spins électroniques. Les excitons et excitons chargés liés aux paires d'azote sont étudiés par la photoluminescence résolue spatialement. Le contrôle des qubits excitoniques est réalisée à l'aide d'impulsions laser résonantes avec un état excitonique et l'état du qubit est lu par sa fluorescence en résonance. Une expérience de rotations de Rabi est réalisée pour démontrer un contrôle sur la population du qubit. Cette expérience permet d'extraire un moment dipolaire moyen de 27 D pour l'exciton.