Dynamics of Excitonic Complexes Bound to Isoelectronic Centers: Toward the Realization of Optically Addressable Qubits

La réalisation de qubits pouvant être couplés efficacement à des photons optiques est nécessaire pour réaliser la transmission d'information quantique à longue distance, par exemple à l'intérieur d'un réseau quantique. Le principal obstacle empêchant la réalisation de ces qubits addressables optiquement vient de la grande difficulté de trouver une plateforme offrant à la fois une grande homogénéité et un fort couplage optique. Les centres isoélectroniques (CIs),qui sont des impuretés isovalentes à l'intérieur d'un matériau semi-conducteur, représentent une alternative fort intéressante aux systèmes de qubits adressables optiquement proposés dans la littérature, soit les boîtes quantiques auto-assemblées et les centres NV dans le diamant souffrant, respectivement, d'un fort élargissement inhomogène et d'un couplage optique moins grand que les CIs. En effet, la nature atomique des CIs leur assure une homogénéité comparable aux centres NV et leur capacité à lier des complexes excitoniques présentant de forts moments dipolaires permet d'obtenir un couplage avec les champs photoniques aussi fort que dans les boîtes quantiques. Le but du travail présenté dans cette thèse est d'évaluer le potentiel de différents complexes excitoniques liés à ces CIs pour fabriquer des qubits adressables optiquement. Cette thèse par articles est séparée en deux grandes sections. Dans la première section, correspondant aux articles 1 et 2, j'ai étudié les caractéristiques physiques de qubits excitoniques liés à des CIs d'azote dans le GaP (Article 1) et le GaAs (Article 2). Plus précisément, ces articles présentent une analyse approfondie combinant des mesures de photoluminescence résolue dans le temps et des modèles de balance de populations afin d'identifier et de quantifier les différents mécanismes impliqués dans la dynamique de recombinaison des excitons. Dans la seconde section, j'ai démontré l'initialisation d'un qubit de spin de trou lié à un centre isoélectronique de Te dans une matrice de ZnSe. Contrairement aux qubits excitoniques, la cohérence des qubits de spin n'est pas limitée par leur émission spontanée permettant ainsi d'atteindre des temps de cohérence beaucoup plus intéressants. Le premier article de cette thèse présente une étude de la dynamique de recombinaison des excitons liés à des CIs d'azote dans le GaP. Le principal avantage relié à l'étude de ce système vient du fait qu'une grande variété de centres sont accessibles : ils peuvent être formés de 1,2 ou 3 impuretés d'azote et présenter différentes symétries à l'intérieur du matériau hôte.