Thèse Dispositifs Photoniques Hybrides Iii-V - Soi pour l'Information Quantique H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris Cité
École doctorale : Physique en Ile de France
Laboratoire de recherche : Matériaux et phénomènes quantiques
Direction de la thèse : Sara DUCCI ORCID 0000000290051949
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-15T23:59:59

La miniaturisation des composants pour l'information quantique constitue l'un des principaux défis pour la diffusion à grande échelle des technologies de l'information quantique. Parmi les différentes plateformes actuellement en cours de développement, les semi-conducteurs se distinguent par leur fort potentiel en termes d'intégration, de reconfigurabilité et de fabrication à grande échelle de dispositifs photoniques quantiques [1]. Dans ce contexte, les dispositifs hybrides apparaissent comme une approche prometteuse pour exploiter les atouts complémentaires de différents systèmes de matériaux. Par exemple, les semi-conducteurs III-V se sont révélés être d'excellents émetteurs de lumière quantique, tandis que les circuits photoniques passifs à base de silicium ont atteint un haut niveau de maturité technologique, grâce aux progrès des procédés de fabrication CMOS [2].

S'appuyant sur les progrès récents dans la réalisation de dispositifs photoniques quantiques hybrides III-V/SOI capables d'émettre des photons intriqués énergie-temps [3], ce projet vise à démontrer l'injection électrique dans ces sources et à mettre en oeuvre la manipulation sur puce de l'état quantique, en tirant parti du catalogue bien développé de composants SOI.

Le projet est mené dans le cadre d'une collaboration entre trois partenaires de renommée internationale : l'équipe QITe (MPQ), spécialisée dans le développement de sources de lumière quantiques III-V [3] ; le Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N), qui possède une expertise dans toutes les étapes de la fabrication de dispositifs, y compris l'intégration hétérogène de matériaux III-V sur silicium [4] ; et STMicroelectronics, leader mondial dans le domaine de l'électronique et de la photonique sur silicium. Cette collaboration tire parti des atouts des deux plateformes matérielles, ouvrant la voie à des dispositifs optoélectroniques innovants et hautement intégrés destinés à l'informatique quantique et aux communications quantiques sécurisées.

(1) E. Pelucchi et al. The potential and global outlook of integrated photonics for quantum technologies Nature Reviews Physics 4, 194 (2022).
(2) J. Adcock et al, Advances in Silicon Quantum Photonics, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 27, No. 2, (2021)
(3) J. Schuhmann, L. Lazzari et al., Hybrid III/V-Silicon quantum photonic device generating broadband entangled photon pairs' PRX Quantum 5, 040321 (2024)
(4) G. Crosnier et al. Hybrid indium phosphide-on-silicon nanolaser diode Nat. Photonics 11, 297 (2017)

Integrated quantum photonics plays a key role in the current development of quantum information technologies: the propagation speed of photons and their robustness to decoherence make them an ideal system for quantum communications. At the same time, these particles are also attractive candidates for quantum metrology and simulations. The QITe team develops AlGaAs-based quantum photonic devices exploiting different geometries. This material platform presents several assets for implementing scalable, real-world quantum technologies: strong second-order nonlinearity and electro-optic effect, direct bandgap, and generation of entangled photons in different degrees of freedom in the telecom band. The combination of the assets of this platform with those of Silicon in the framework of the collaboration with STMicroelectronics and C2N paves the way to the demonstration of original devices, potentially making a step further towards widespread diffusion of photonic quantum technologies.