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Mémoires quantiques avec des terres rares en photonique intégrée (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : mercredi 1 juin 2022

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Informations générales

Référence : UMR7010-JEAETE-001
Lieu de travail : NICE
Date de publication : mercredi 11 mai 2022
Nom du responsable scientifique : Sébastien Tanzilli
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 5 septembre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Les cristaux dopés aux ions de terres rares constituent une plateforme de choix pour mettre en œuvre de nombreux protocoles de stockage et de manipulation de l'information quantique photonique. Ceci est notamment dû à leurs propriétés de cohérence record ainsi que les possibilités de mise à l'échelle qu'ils offrent. Des temps de stockage de l'ordre de l'heure ont pu être démontrés à l'aide d'ions 'non-Kramers', avec un protocole ouvrant la voie à du stockage multiplexé en fréquence : le protocole de peigne de fréquence atomique [1]. Les stockages à l'état de l'art actuels sont réalisés dans des cristaux 'massifs' qui posent des limitations aussi bien en termes de mise à l'échelle des dispositifs que de performances de stockage. Plusieurs pistes ont déjà été explorées pour réaliser des guides d'ondes au sein de ces cristaux, en utilisant des techniques d'intégrations matures pour d'autres applications. En revanche, les performances de ces mémoires ainsi que les perspectives qu'elles ouvrent en termes d'intégration de multiples fonctionnalités sur un même substrat restent actuellement limitées [2].
L'objectif de cette thèse sera de développer une architecture novatrice pour réaliser des mémoires quantiques. Cette architecture consistera en un guide d'onde de type 'ruban' sur un substrat de silice, permettant un guidage de la lumière par saut d'indice. La force de cette architecture est qu'elle permettra un adressage de haute efficacité des ions de terres rares (pour augmenter l'efficacité de stockage à des niveaux inédits), et ouvrira la possibilité de réaliser un couplage avec des guides d'ondes inscrits dans le substrat, de sorte à coupler plusieurs de ces mémoires au sein d'un même dispositif.
Les mémoires seront réalisées dans des cristaux d'orthosilicate d'yttrium dopé avec des ions de praséodyme (Pr:Y2SiO2), un ion de fort intérêt pour sa structure atomique ainsi que son couplage important avec la lumière pour un ion 'non-Kramers' [3].
Le stockage d'états photoniques de faible amplitude sera finalement réalisé à l'aide du protocole de peigne de fréquence dans les cristaux, montrant la validité de l'approche choisie.

[1] M. Afzelius et al., Phys. Rev. A 79, 052329 (2009).
[2] A. Seri et al., Optica 5, 934 (2018).
[3] M. Sabooni et al., Phys. Rev. Lett. 110, 133604 (2013).

Contexte de travail

Le doctorat se déroulera à l'Institut de Physique de Nice, d'abord sur le campus de Valrose (2022), puis dans les nouveaux locaux de l'institut dans la plaine du Var à compter de l'hiver 2022-2023. Le candidat travaillera dans l'équipe 'Photonique et Information quantiques', une équipe de renommée mondiale dans le domaine de l'information quantique (communications quantiques, photonique intégrée, manipulation d'états photoniques à variables continues, métrologie quantique). L'équipe comporte 9 membres permanents et ~10 doctorants et post-doctorants.
La thèse se déroulera au sein du projet ANR financé 'WAQUAM', dont la description peut être trouvée au lien suivant : https://anr.fr/Projet-ANR-21-CE47-0001.
Ce travail s'inscrira également au sein du 'plan quantique' national par le projet financé 'Qmemo' impliquant également Sorbonne Université (Paris), l'Institut Néel (Grenoble) et Chimie Paris (Paris).
Des collaborations avec des groupes européens sont également envisagées, après la soumission d'un projet européen (Université de Genève, TU Delft, ICFO Barcelone, Heriot-Watt University Edinburgh, Université de Milan).

Contraintes et risques

Le travail expérimental impliquera de manipuler des lasers de classe IV, ainsi des mesures de protections spécifiques seront mises en place (lunettes de protection, écrantages, etc.).

Informations complémentaires

Le candidat recherché doit préférentiellement avoir bénéficié d'une formation en interaction lumière-matière quantique. Un bagage en optique expérimentale serait une plus-value pour les alignements complexes que l'expérience nécessitera.

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