laboratoire pierre aigrain
électronique et photonique quantiques
 
laboratoire pierre aigrain
 

PUBLICATION

Electronique de spin quantique en cavité


Un spin électronique et un photon confiné sont des objets quantiques complémentaires qui peuvent être utilisés pour transporter ou manipuler l’information quantique. Réussir à les combiner de manière cohérente permettrait de manipuler et détecter des spins individuels mais aussi de coupler deux spins sur des distances macroscopiques, grâce aux concepts de l’électrodynamique quantique en cavité. Ce type d’architecture permettrait également de construire des simulateurs quantiques de systèmes magnétiques élémentaires.
Bien que des progrès aient été réalisés, notamment sur le couplage d’états collectifs de spin ou bien d’états individuels de charge à des photons de cavité, aucune expérience n’avait pu démontrer un couplage cohérent entre un spin unique et les photons d’une cavité. Cette difficulté tient du fait que le couplage naturel d’un spin au champ électromagnétique est essentiellement magnétique, ce qui le rend beaucoup trop faible en général pour pouvoir être cohérent.
L’équipe HQC en collaboration avec l’équipe Théorie du Laboratoire Pierre Aigrain de l’Ecole Normale Supérieure a pu contourner cette difficulté en façonnant un couplage spin orbite artificiel dans un nanotube de carbone monoparoi connecté à des électrodes ferromagnétiques [manuscrit PRL]. Ceci permet d’obtenir une vanne de spin à spin unique dans une double boîte quantique. Le dispositif est inséré dans une cavité supraconductrice de forte finesse. L’équipe HQC a pu observer une très forte hybridation des états de spin du nanotube et des photons piégés dans la cavité, portant le système spin-photon au seuil du couplage fort.
Outre son intérêt pour l’information quantique, ce travail apporte un éclairage nouveau sur le couplage artificiel entre le spin et le mouvement orbital de l’électron, qui pourrait notamment être étendu pour synthétiser de la matière topologique.
Ces résultats font l’objet d’une publication dans la revue Science du 24 juillet 2015.

  • Contacts:

  • Takis Kontos

  • et

  • Audrey Cottet