Thèse Intégration Hétérogène de Sources de Photons Uniques en Matériaux Iii-V sur des Puces Photoniques en Nitrure de Silicium H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies Direction de la thèse : Isabelle SAGNES ORCID 0000000180686599 Début de la thèse : 2027-02-01 Date limite de candidature : 2026-11-30T23:59:59 Les ordinateurs quantiques photoniques de Quandela associent des sources de photons uniques à des circuits photoniques intégrés qui manipulent les photons, puis à des détecteurs qui permettent de lire le résultat du calcul. Les sources reposent sur des boîtes quantiques semi-conductrices d'InGaAs insérées dans une matrice de GaAs et couplées à des cavités optiques en micropiliers, constituées de couches de GaAs et d'AlGaAs. Cette combinaison permet de produire efficacement des photons uniques présentant une grande indiscernabilité.
Quandela a développé ces dernières années une technologie de couplage des sources à des fibres optiques qui conserve un alignement précis lors du refroidissement aux températures cryogéniques. Ces avancées ont permis la commercialisation de sources performantes et leur utilisation dans des ordinateurs compacts. Cependant, la succession des interfaces source-fibre puis fibre-puce introduit des pertes optiques supplémentaires et multiplie les éléments à assembler. Le passage à des machines comportant de nombreuses sources motive une intégration directe, avec une source placée à l'entrée de chaque guide d'onde utile du circuit.
L'objectif de cette thèse est de développer l'intégration hétérogène de sources de photons uniques en matériaux III-V sur des puces photoniques en nitrure de silicium. Il s'agit d'une thèse de développements technologiques en photonique quantique intégrée, centrée sur le couplage optique et l'assemblage des sources avec les circuits. Les principaux défis sont d'atteindre une précision d'alignement de l'ordre de 100 nm, de conserver cet alignement entre 300 K et environ 4 K, et de rendre les composants mécaniquement solidaires sans altérer les propriétés optiques et électriques des sources. Les contraintes induites par l'assemblage peuvent notamment déplacer différemment la transition de la boîte quantique et la résonance de la cavité, et dégrader ainsi leur couplage.
Le travail progressera de la préparation de petites puces contenant une source localisée avec une précision submicrométrique vers l'assemblage d'une source avec un guide d'onde, puis de petites barrettes de sources avec plusieurs entrées d'un même circuit. Il combinera microfabrication, micromanipulation, conception des supports et des connexions électriques, ainsi que caractérisation optique à température cryogénique. Les résultats attendus sont des procédés d'assemblage reproductibles et des démonstrateurs dont les pertes, la stabilité thermique et la préservation des propriétés des sources auront été mesurées.
La direction de thèse sera assurée par Isabelle Sagnes, directrice de recherche au CNRS au Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N), dont l'expertise porte sur les matériaux et dispositifs photoniques ainsi que sur l'intégration hétérogène. Chez Quandela, le doctorant sera encadré par Joseph Sulpizio, spécialiste de la micromanipulation et des systèmes de contrôle électriques et magnétiques intégrés. quantique The thesis will develop an assembly process for coupling pre-characterised GaAs-based single-photon sources to SiN waveguides. The central research question is how to combine efficient optical mode matching, nanometre-scale positioning and cryogenic mechanical stability in an assembly that retains the sources' electrical and optical functionality.