Literatura académica sobre el tema "Source de photons uniques accordable"

Purpose of the article - Technologies, materials and current trends are the elements that influence design and architectural language. They shape the face of objects created in accordance with new perceptions of the functionality of architecture, including contemporary libraries, which, while remaining part of the culture industry, must have an appropriately designed and arranged space. Multifunctionality is now a unique feature of architecture, which allows libraries to implement a variety of projects. The final shape depends on the architect's comprehensive view of a given space, and projects commissioned in the 21st century are the best example of this. The objects described herein are not exclusively new constructions, but also those that have been modernized or adapted. The competition designs, which express the architects' visionary imaginings of the future, are also important for getting to know the perceptions of modern libraries. Delving into their architectural form and design will allow us to understand them and set the direction in which their design should go. Research methods - Architectural literature, technical and design documents, photos, competition designs, and the content of websites of individual institutions contributed to the source materials, which were the basis for describing their history. The analysis of the above made it possible to indicate the changes that have occurred since the beginning of the 21st century in the field of design.Results and conclusions - Contemporary libraries, being carriers of material and non-material values, are an area of ​​strong influence on the user, who is invited to explore on many levels. Their modern architecture further deepens these feelings. An architect who wants to create an excellent library, regardless of whether it will be a university library or a facility dedicated to local communities, must plan it so that users experience positive emotions while inside. Only then will the library be not only a place of practical development, but also a place for dialogue and the exchange of experiences. It is also worth remembering that libraries, being part of the municipal infrastructure, turn good cities into great ones, creating the reality of its surroundings. The library space is a constantly developing fabric, a network of connections, which, if properly designed, can have a positive impact on the lives of the inhabitants.

Les sources de photons uniques indiscernables accordables en longueur d’onde sont des composants clés pour les technologies quantiques de l'information. La réalisation d'un tel dispositif avec une boîte quantique semi-conductrice (BQ) nécessite un "bouton" pour accorder la longueur d'onde de l’émetteur et une structure photonique offrant une grande efficacité d'extraction de la lumière sur une large bande passante. Cette thèse présente plusieurs étapes importantes vers cet objectif.Nous étudions tout d'abord une cavité nanonocylindre, structure photonique qui, bien que très simple, offre une forte accélération de l'émission spontanée par effet Purcell sur une large bande passante. Pour la première fois, nous réalisons une spectroscopie strictement résonante d'une BQ intégrée dans une telle structure, en exploitant une détection avec une polarisation croisée pour supprimer la lumière parasite associée au laser d’excitation (collaboration avec le groupe de Richard Warburton). Ceci a permis une caractérisation fine des propriétés optiques de l'émetteur.Nous démontrons ensuite une source de photons uniques accordable basée sur une BQ intégrée dans une antenne à fil photonique. Des électrodes intégrées appliquent une force électrostatique qui tord le fil ; la déformation mécanique qui en résulte modifie l'énergie de bande interdite des BQs. Nous contrôlons la direction de flexion du fil et démontrons le décalage, vers les grandes comme vers les courtes longueurs d’ondes, de l'émission des BQs.En utilisant une tension alternative, l'actuation électrostatique peut également exciter les modes de vibration du nanofil. Cette capacité est intéressante dans le contexte de la nanomécanique hybride. Dans ces expériences, nous tirons parti de la photoluminescence des BQs pour détecter et identifier les modes de vibration mécaniques. En particulier, nous mettons en évidence un mode de flexion d'ordre élevé qui résonne à 190 MHz, une valeur qui dépasse le taux d’émission spontanée de la BQ. Ceci constitue une étape importante vers l’obtention du régime de bandes latérales résolues pour ce système.Les dispositifs étudiés dans ce travail ouvrent des perspectives très prometteuses pour les développements futurs de la photonique quantique et de la nanomécanique hybride
Bright and tunable sources of indistinguishable single photons are key devices for photonic quantum information technologies. Building such a source with a semiconductor quantum dot (QD) requires a “knob” to tune the QD emission wavelength combined with a broadband photonic structure for light extraction. This thesis reports several important steps towards this goal.We first investigate a nanocylinder cavity, a photonic structure that, despites its simplicity, offers a pronounced Purcell acceleration of spontaneous emission over a large spectral bandwidth. We demonstrate the first resonant optical spectroscopy of a QD embedded in a nanopost cavity, by leveraging a cross-polarization scheme that efficiently suppresses stray laser light (collaboration with the group of Richard Warburton). This technique enabled a precise characterization of the optical properties of the emitter.We next demonstrate a tunable single-photon source based on a QD embedded in a tapered photonic wire. In our device, a set of on chip electrodes biased with a DC voltage applies an electrostatic force to the wire. As the wire bends, the resulting mechanical strain changes the bandgap energy of the embedded QDs. We demonstrate both a large increase and a large decrease of the QD emission wavelength by controlling the wire bending direction.With an AC voltage, the above-mentioned actuation scheme can also excite the vibration modes of the nanowire. This capability is interesting in the context of hybrid nanomechanics. In our experiments, we leverage the QD photoluminescence to detect and identify the wire mechanical vibrations. In particular, we evidence a high-order flexural mode that resonates at 190 MHz, a value that exceeds the QD radiative rate. This constitutes an important step towards the spectrally-resolved-sidebands regime.The devices demonstrated in this work open promising prospects for the future developments of quantum photonics and hybrid nanomechanics

Dans les domaines des communications quantiques et du calcul quantique, la transmission d'information à l'aide de photons uniques garantis la sécurité de la communication et permet la mise en œuvre de calculs irréalisables avec nos ordinateurs « classiques ». L'un des éléments primordiaux à la réalisation de tels protocoles est la source de photons. Elle doit émettre, à la demande, un et un seul photon aux propriétés quantiques déterminées.L'objectif de ce projet de thèse est de caractériser une source de photons uniques et indiscernables, conçue et fabriquée au CEA-Grenoble, et qui consiste en une boite quantique semiconductrice d'arséniure d'indium (InAs) intégrée à une nanocavité d'arséniure de gallium (GaAs). Présentant un faible facteur de qualité, la nanocavité permet l'extraction efficace de photons sur une grande plage de longueurs d'ondes (30nm). De plus, grâce à son petit volume de mode, l'émission spontanée des boites quantiques en son sein peut être accélérée par un effet Purcell pouvant aller jusqu'à 6.Dans ce manuscrit de thèse, nous détaillons tout d'abord la mise en place et l'optimisation des dispositifs expérimentaux utilisés pour caractériser les photons émis par notre échantillon : Micro-photoluminescence, mesure du temps de vie radiatif, expérience Hanbury-Brown et Twiss (HBT) et expérience Hong-Ou-Mandel (HOM). Ensuite, nous présentons les résultats expérimentaux obtenus pour les photons émis par deux boites quantiques distinctes : L'une contenant des états d'excitons neutres, et la seconde, un état d'exciton chargé. Afin de photo-créer ces états d'excitons dans les boites quantiques, deux dispositifs d'excitation optique impulsionnelle ont été mis en place : L'excitation résonante à deux photons du biexciton neutre, et l'excitation quasi-résonante assistée par phonons longitudinaux acoustiques de l'exciton neutre et de l'exciton chargé. Nous présentons la mesure des trois figures de mérite d'une source de photon unique pour ces deux boites quantiques : La brillance, l'unicité des photons émis et leur indiscernabilité. Dans un second temps, nous nous intéresserons particulièrement à l'état d'exciton chargé et mesurerons le profil de sa raie d'émission et sa fonction d'autocorrélation sous excitation résonante continue. Ces résultats, réalisés au sein du groupe de nano-photonique de l'université de Bâle, constituent la première démonstration d'excitation continue sur ces nanostructures, ce qui est une agréable surprise étant donné leur petite taille.Pour terminer, nous nous pencherons sur l’effet de l’application de contraintes mécaniques sur la séparation en énergie des deux états de l’exciton neutre, appelée la « séparation de structure fine ». Lors de la cascade radiative de l’état du biexciton neutre, les deux photons émis sont intriqués en polarisation, et la fidélité de l’intrication dépend notamment de la séparation de structure fine. Nous étudierons ici un second échantillon, où les boites quantiques InAs sont intégrées à un microfil photonique de GaAs. En faisant fléchir le microfil, des contraintes mécaniques sont appliquées sur les boites quantiques, ce qui a pour effet de modifier l’énergie des états de l'excitons. Nous présenterons une étude expérimentale visant à observer un possible effet sur la séparation de structure fine.En conclusion, nous avons développé et optimisé divers dispositifs expérimentaux permettant la caractérisation de sources de photons pour des applications dans le domaine des communications quantiques et du calcul quantique. Pour une première version de ces nanostructure photonique, la brillance, l'unicité de l'émission et l'indiscernabilité des photons émis par nos boites quantiques intégrées dans des nanocavités sont très encourageantes pour la suite. Les prochains objectifs portent sur l'amélioration des nanocavités et sur la caractérisation plus approfondie des phénomènes de décohérence et du couplage mécanique entre les boites quantiques et ces structures
In the fields of quantum communications and quantum computing, the transmission of information using single photons guarantees the security of the communication and enables calculations that would be impossible with our "classical" computers. One of the key elements in implementing such protocols is the photon source. It must emit, on demand, one and only one photon with specific quantum properties.The aim of this project is to characterise a source of single and indistinguishable photons, designed and manufactured at CEA-Grenoble, and consisting of an indium arsenide (InAs) semiconductor quantum dot integrated into a gallium arsenide (GaAs) nanocavity. With its low quality factor, the nanocavity enables photons to be extracted efficiently over a wide range of wavelengths (30nm). In addition, thanks to its small mode volume, the spontaneous emission of quantum dots within it can be accelerated by Purcell effect (Purcell factor up to 6).In this manuscript, we first detail the implementation and the optimisation of the experimental setups used to characterise the photons emitted by our sample : microphotoluminescence, radiative lifetime measurement, Hanbury-Brown and Twiss (HBT) experiment and Hong-Ou-Mandel (HOM) experiment. Then, we present the experimental results obtained for photons emitted by two distinct quantum dots : One containing neutral exciton states, and the second, containing a charged exciton state. In order to photo-create these exciton states in the quantum dots, two pulsed optical excitation schemes were implemented: the two-photon resonant excitation of the neutral biexciton, and the phonon-assisted quasi-resonant excitation of the neutral and charged excitons. We present the measurement of the three figures of merit of a single photon source for these two quantum dots : the brightness, the single-photon purity and the indistinguishability of the emitted photons. In a second phase, we will focus on the charged exciton state and measure the profile of its emission line and its autocorrelation function under continuous resonant excitation. These results, achieved within the nano-photonics group of the University of Basel, constitute the first demonstration of continuous excitation on these nanostructures, which is a good surprise given their small size.Finally, we will look at the effects of the application of mechanical stress on the energy separation of the two neutral exciton states, known as the "fine structure splitting" (FSS). During the radiative cascade of the neutral biexciton state, the two photons emitted are entangled in polarisation, and the fidelity of the entanglement depends in particular on the FSS. Here, we will consider a second sample, where the InAs quantum dots are embedded in a GaAs photonic nanowire. By bending the nanowire, mechanical stresses are applied to the quantum dots, which will modify the energy of the exciton states. We will present an experimental study aimed at observing a possible effect on the fine structure splitting.In conclusion, we have developed and optimised various experimental setups for characterising photon sources for applications in the fields of quantum communications and quantum computing. For a first version of these photonic nanostructures, the brightness, the single-photon purity and the indistinguishability of the photons emitted by our quantum dots integrated into nanocavities are very encouraging for the future. The next objectives are to improve the nanocavities and to characterise the decoherence phenomena and the mechanical coupling between the quantum dots and these nanostructures

Le développement récent de la théorie quantique de l’information porte la communauté scientifique à s’intéresser de plus en plus aux sources de photons uniques. En effet, ces sources peuvent par exemple être utilisées pour le calcul quantique optique ou la cryptographie quantique pour améliorer les performances de distribution des clés et éviter les écoutes ou tentatives de hacking. Par conséquent, il est nécessaire de disposer de sources fiables et pour des applications réalistes, le défi est d'obtenir des sources de photons uniques qui fonctionnent jusqu'à température ambiante.Notre groupe à récemment démontré qu'en insérant une boîte quantique de CdSe dans un nanofil de ZnSe, l'émission de photons uniques pouvait être obtenue jusqu'à température ambiante. Néanmoins, ces nanofils avaient un rendement quantique faible et n'étaient pas orientés verticalement à la surface des échantillons du fait de leur croissance suivant l'orientation cristallographique (001). Ces nanofils verticaux ont pour intérêt de pouvoir être aisément couplés à des structures photoniques pour augmenter la collection des photons et leur croissance est favorisée avec des substrats orientés suivant l'orientation cristallographique (111).Dans ce contexte, le but de ce travail de doctorat est de développer la croissance de boîtes quantiques de CdSe insérées dans des nanofils de ZnSe verticaux suivant l'orientation cristallographique (111) par épitaxie par jet moléculaire, d'en étudier les propriétés optiques jusqu'à température ambiante pour des applications potentielles en tant que sources de photons uniques, et de coupler ces nano-objets à des structures photoniques pour augmenter la collection de photons. Pour atteindre ces objectifs, nous avons divisé notre étude en trois points.La première étape de ce travail est concentrée sur le développement de la croissance de nanofils de ZnSe verticalement orientés et passivés par une coquille semiconductrice de ZnMgSe. Nous observons que grâce à cette coquille, l’émission lumineuse de nanofils uniques augmente de plus de deux ordres de grandeur. Dans un second temps, nous démontrons la possibilité d’insérer des boîtes de CdSe dans ces nanofils de ZnSe suivant différentes conditions de croissance. L’influence de ces conditions de croissance est mise en évidence par des études structurales et de composition de ces nano-objets. Des études optiques en fonction de la température montrent que ces nanofils émettent jusqu'à température ambiante. De plus, l'étude du temps de déclin de nanofils uniques révèle que ces fils sont robustes et insensibles aux canaux de recombinaison non-radiatifs jusqu'à 200 K. La troisième étape de ce travail concerne l'augmentation de la collection des photons de ces nano-objets. Nous montrons dans un premier temps qu’en changeant l’environnement diélectrique d’une boîte quantique, son taux d’émission spontanée peut être augmenté. Puis nous montrons la possibilité de créer des fils photoniques à partir des boîtes quantiques insérées dans des nanofils, en recouvrant ces fils d'une épaisse coquille diélectrique. A la lumière d'expériences de microphotoluminescence - qui montrent que ces fils photoniques augmentent efficacement la collection de photons - et de simulations, nous discutons l'intérêt de l'orientation du dipôle (parallèle ou perpendiculaire à l'axe de croissance du nanofil) dans ces structures
The recent development of the quantum information theory focuses the interest of the scientific community on single-photon sources. Indeed, these sources can be used for instance for optical quantum computing or quantum cryptography to improve the quantum key distribution performances and avoid eavesdropping. Consequently, it is necessary to have reliable single-photon sources and for realistic applications, the challenge is to get a single-photon source operating up to room temperature.Our group recently demonstrated that by inserting a quantum dot of CdSe in a nanowire of ZnSe, single-photon emission could be obtained up to room temperature. Still, these nanowires had a low quantum yield and were not vertically oriented on the as-grown sample since they were grown along the (001) crystallographic orientation. The interest of vertically oriented nanowires is that they can be coupled to photonic structures to increase their photons collection and their growth is favored on (111)-oriented substrates.In this context, the aim of this PhD work is to develop the growth of vertically oriented ZnSe-CdSe nanowire quantum dots along the (111) crystallographic orientation by molecular beam epitaxy, to study their luminescence up to room temperature for single-photon sources applications, and to couple these nano-objects to photonic structures to increase the photons collection. To reach this goal, we divided this project in three steps.The first step focuses on the development of vertically oriented ZnSe nanowires, passivated with a semiconductor shell of ZnMgSe to enhance their luminescence. In a second step, we demonstrate the possibility to insert CdSe quantum dots in these ZnSe nanowires, using different growth conditions for the quantum dot. The influence of these growth conditions is studied with structural and composition analysis of these nano-objects. Optical studies as a function of the temperature show that these nanowires emit up to room temperature. Moreover, decay-time studies on single nanowire quantum dots reveal that these nanowires are robust and insensitive to non-radiative recombination channels up to 200 K. The third step of this work concerns the enhancement of the light collection from these nano-objects. First, we show that by changing the dielectric environment of the quantum dot, its decay-rate can be increased. Then, we show the possibility to create photonic wires by covering these nanowire quantum dots with a thick dielectric shell. In the light of microphotoluminescence experiments – which show that these photonic wires efficiently increase the photons collection – and simulations, we discuss the interest of the dipole orientation (parallel or perpendicular to the nanowire growth axis) in these structures

Les communications quantiques (QC) longues distances sont tributaires de l'existence de sources efficaces de photons uniques dont la longueur d'onde doit être adaptée aux communications dans les fibres optiques (1550nm). Ce manuscrit présente l'étude et la réalisation expérimentale d'une source de photons uniques annoncés, basée sur l'utilisation de paires de photons issues d'un guide d'onde intégré sur un substrat de niobate de lithium polarisé périodiquement (PPLN). Le principe repose sur la séparation des photons d'une paire et la détection de l'un sert à annoncer la présence de l'autre. Aussi, ce guide d'onde nous permet de venir récolter les paires de photons simplement à l'aide d'une fibre optique monomode, gage de compacité et stabilité de la source.
L'intervalle de temps entre deux paires successives n'étant pas définit, cette source présente un fonctionnement dit « asynchrone ». Afin de caractériser les performances de ce type de source, nous proposons deux méthodes expérimentales originales. La première repose sur un modèle d'analyse des statistiques des détections dans un montage de type « Hanburry Brown & Twiss » pour remonter aux probabilités d'avoir 0, 1 ou 2 photons, tandis que la seconde est une « version asynchrone » du montage original de « Hanburry Brown & Twiss » pour tracer la fonction de corrélation croisée du second-ordre. Les performances de cette première source de photons uniques aux longueurs d'ondes télécom se situent parmi les meilleures au monde avec une probabilité d'avoir un photon unique à 1550nm de 0,37 accompagnée d'une réduction des événements à deux photons d'un facteur 12 par rapport à une source poissonnienne équivalente.

Ce travail de these presente les premiers resultats d'optique quantique, plus particulierement de statistique de photons, sur des boites quantiques uniques de la famille des semiconducteurs II-VI.
La motivation premiere de ces travaux est la recherche d'une source de photons uniques indiscernables adequate pour etre utiliser dans le cadre de l'information quantique, et plus particulierement de l'ordinateur quantique.

Les communications quantiques (QC) longues distances sont tributaires de l'existence de sources efficaces de photons uniques dont la longueur d’onde doit être adaptée aux communications dans les fibres optiques (1550nm). Ce manuscrit présente l'étude et la réalisation expérimentale d’une source de photons uniques annoncés, basée sur l’utilisation de paires de photons issues d’un guide d'onde intégré sur un substrat de niobate de lithium polarisé périodiquement (PPLN). Le principe repose sur la séparation des photons d’une paire et la détection de l’un sert à annoncer la présence de l’autre. Aussi, ce guide d’onde nous permet de venir récolter les paires de photons simplement à l’aide d’une fibre optique monomode, gage de compacité et stabilité de la source. L’intervalle de temps entre deux paires successives n’étant pas définit, cette source présente un fonctionnement dit « asynchrone ». Afin de caractériser les performances de ce type de source, nous proposons deux méthodes expérimentales originales. La première repose sur un modèle d’analyse des statistiques des détections dans un montage de type « Hanburry Brown & Twiss » pour remonter aux probabilités d’avoir 0, 1 ou 2 photons, tandis que la seconde est une « version asynchrone » du montage original de « Hanburry Brown & Twiss » pour tracer la fonction de corrélation croisée du second-ordre. Les performances de cette première source de photons uniques aux longueurs d'ondes télécom se situent parmi les meilleures au monde avec une probabilité d’avoir un photon unique à 1550nm de 0,37 accompagnée d’une réduction des événements à deux photons d’un facteur 12 par rapport à une source poissonnienne équivalente
Long distance quantum communication relies on efficient single photon sources, whose wavelength has to be centered on 1550nm. This thesis reports the realization of a heralded single photon source (HSPS) based on a periodically poled lithium niobate (PPLN) waveguide. The HSPS relies on photon pairs generated by spontaneous parametric down-conversion in a Periodically Poled Lithium Niobate (PPLN) optical waveguide and the idea is to use one of the photons to herald the arrival of the second one. Taking advantage of the guided structure, the photon pairs are collected by a single mode telecom fiber attached to the output of the waveguide. This demonstrates the potential of waveguide technologies for building efficient, stable, and compact sources. The creation time of two successive photons pairs is unknown and the single photons at 1550nm are isolated from others, thanks to the gated detection. Essentially, this is a quantum equivalent of the classical “asynchronous transfer mode”. We point out two means to characterize the efficiency of this type of source. We first investigate an analysis model that allows us to infer the probability of having 0, 1 or 2 photons from the detection on a “Hanbury-Brown & Twiss” type setup, while we build an asynchronous equivalent to the “Hanbury-Brown & Twiss” setup in order to measure the second-order cross-correlation function. This work has lead to the demonstration of having a single photon at with a probability of 0. 37, whereas the multi-photon emission probability is reduced by a factor of 12 compared to weak laser poissonian light sources at equal P1

Dans le but de réaliser des portes logiques quantique tout optique, ce travail de thèse explore la possibilité d'utiliser des boites quantiques semiconductrices de la famille des II-VI comme source de photons uniques indiscernables. Dans ce cadre général de l'information quantique, nous nous sommes attaches a mettre en place les moyens nécessaires pour étudier la formation d'excitons et de multiexcitons dans les boites quantiques. A température de l'hélium liquide, nous avons effectue des études spectroscopiques puis des études sur la statistique des photons émis par les boites. A l'aide d'un montage de corrélations de photons a haute résolution temporelle, de l'ordre de 100 ps, nous avons pu mettre en avant l'effet de dégroupement de photons, signature d'une source de photons uniques. Cet effet purement quantique a été démontré en régime continu et en régime impulsionnel. En utilisant deux spectromètres, nous avons aussi montre l'effet de corrélations croisées de photons entre un exciton d'une boite et son biexction associe. Une fois ce travail valide, il nous a fallu étudier le caractère indiscernable des photons émis les boites quantiques. L'indiscernabilité étant relie à la pureté spectrale des photons émis, des mesures de cohérence optique ont été nécessaire. Ces mesures ont montré des premiers résultats plutôt négatifs. Parallèlement, diverses méthodes de pompage, de création des porteurs dans les boites ont été étudie de façon a optimiser et a allonger la longueur de cohérence des photons crées par les excitons se recombinant. Pour terminer, des possibilités d'expériences futures ou d'expériences a compléter sont décrites
In the purpose of realising all optical quantum logic gates, this PhD work explores the possibility of using semiconducting quantum dots from II-VI materials as indistinguishable single photon sources. In the general context of quantum information, we tried to set-up the necessary means to study the formation of excitons and multiexcitons in quantum dots. At liquid helium temperature, we realised spectroscopic studies then we studied the statistics of the photons emitted by the dots. With the help of a photon correlation set-up with high temporal resolution, of the order of 100 ps, we demonstrated the photon antibunching effect, typical signature of a single photon source. This pure quantum effect was done in continuous and pulsed regime. Using two spectrometers, we also measured photon cross-correlations between an exciton and its associated biexciton. Once this work was validated, we had to study the indistinguishability of the of the photons emitted by the quantum dots. The indistinguishability being linked to the spectral purity of the emitted photons, optical coherence measurements were necessary to convey. These measurements showed disappointing first results. In parallel, various methods of pumping, of creating carriers in the dots have been studied in order to optimise and increase the coherence length of the photons created by the excitons while recombining. To conclude, possibilities of future experiments or experiments to complete are described

Les boîtes quantiques auto-assemblées InAs/GaAs, observées individuellement, constituent des émetteurs de photons uniques. L’émission de photons uniques indiscernables nécessite d’accélérer l’émission spontanée, ce qui peut être réalisé en utilisant une cavité (effet Purcell). Au cours de ce travail de thèse, nous avons développé des cavités à bande interdite photonique bidimensionnelle dans cette perspective. L’étude a d’abord constituée en la réalisation de cavités à cristaux photoniques en GaAs. L’insertion de boîtes quantiques InAs/GaAs dans les structures réalisées a ensuite permis d’isoler une unique boîte, en couplage faible avec un mode d’une cavité. Ce système s’est avéré être une source de photons uniques indiscernables, avec un taux d’indiscernabilité supérieur à 70%. L’indiscernabilité des photons, impossible sans un raccourcissement important de la durée de vie radiative de la boîte quantique, met en évidence un effet Purcell supérieur à 25 dans ce système
Isolating a single self-assembled InAs/GaAs quantum dot is a way to produce single photons. Moreover, the successively emitted photons can be indistinguishable if the emission process happens sufficiently fast. This radiative lifetime shortening can be obtained by the use of cavity effects (Purcell effect). In this work we describe the development of two-dimensional photonic band gap cavities for that purpose. A first step was the fabrication of GaAs photonic crystal cavities. Then, inserting a single layer of InAs/GaAs quantum dots in the structure, we managed to isolate a single quantum dot coupled to a single cavity mode, in the weak coupling regime. This system is an indistinguishable single photon source, with a degree of photon indistinguishability of 70 %. The observation of the photon indistinguishability is only possible through a shortening of the emitter lifetime, and indicates that the Purcell effect is more than 25 in this system

L'objectif de cette thèse a été de développer de nouvelles sources brillantes de photons à la fois uniques et indiscernables et de les utiliser pour réaliser une porte logique quantique. Pour cela, nous avons étudié et contrôlé l'émission spontanée de boîtes quantiques semi-conductrices insérées dans des structures optiques. Dans un premier temps, nous avons développé un nouveau type de cavités tridimensionnelles - simples à réaliser et que nous avons nommées cavités à " modes de Tamm plasmoniques confinés " - afin de contrôler l'émission spontanée d'une boîte quantique et de créer une source brillante de photons uniques. Dans un second temps, nous avons fabriqué et caractérisé des sources de photons uniques ayant des brillances records allant jusqu'à 0.79 photons collectés par impulsion laser. Pour cela, nous avons couplé de manière déterministe une boîte quantique à un mode confiné de micropilier. L'indiscernabilité des photons émis par la source a été étudiée en fonction des conditions d'excitation. Un schéma d'excitation à deux couleurs nous a permis d'obtenir pour la première fois une grande indiscernabilité entre les photons à forte brillance de la source. Enfin, pour montrer le potentiel de ces sources, nous avons construit une porte logique quantique Controlled-NOT opérant sur deux photons uniques. Cette porte qui retourne l'état d'un qubit de cible en fonction de l'état d'un qubit de contrôle est l'élément de base d'un ordinateur quantique. Grâce à la mesure de la table de vérité, nous avons obtenu le taux de succès de la porte. Finalement, en utilisant cette porte, nous avons généré deux photons intriqués en polarisation. La fidélité à l'état de Bell atteint 71%.

The War in the Pacific National Historical Park (WAPA), a protected area managed by the National Park Service (NPS), was established "to commemorate the bravery and sacrifice of those participating in the campaigns of the Pacific Theater of World War II and to conserve and interpret outstanding natural, scenic, and historic values on the island of Guam." Coral reef systems present in the park represent a vital element of Guam?s cultural, traditional, and economical heritage, and as such, are precious and in need of conservation. To facilitate the management of these resources, NPS determined that a scleractinian (stony coral) species survey was necessary to establish a baseline for existing coral communities and other important factors for conservation. EnviroScience, Inc. performed a survey of stony coral species, coral habitat, and current evidence of stressors at WAPA?s H?gat and Asan Units in 2022. This report summarizes these findings from a management perspective and compares its findings to previous survey data from 1977 and 1999 (Eldridge et al. 1977; Amesbury et al. 1999). WAPA is located on the tropical island of Guam, located on the west-central coast of the island, and encompasses 2,037 acres. Underwater resources are a significant component of the park, as 1,002 acres consists of water acres. The park is comprised of seven units, of which two of these, the H?gat and Asan Beach Units, include all the oceanic water acres for the park. The H?gat Beach Unit (local spelling, formerly known as ?Agat?) is located at the south-west portion of the park and consists of 38 land acres and 557 water acres (NPS 2003). The Asan Beach Unit consists of 109 acres of land and 445 water acres (NPS 2003). A current baseline for existing coral communities and other important factors for conservation necessitates the need for up-to-date data on the location, presence, relative abundance, and present health of corals. Park managers need this updated data to determine where and how to best focus conservation priorities and identify restoration opportunities. Management actions in park reef areas informed by this inventory included identifying locations where there were: high rates of sedimentation; high coral biomass; rare or threatened species, with a priority given to species endemic to Guam and listed as ?threatened? under the U.S. Endangered Species Act (ESA; Acropora globiceps, A. retusa, A. speciosa, and Seriatopora aculeata); coral persistence and decline, disease and/or nuisance species, including the crown-of-thorns starfish (Acanthaster cf. solaris, ?COTS?) and the sponge Terpios hoshinota; and bleached areas. All work carried out was in accordance with the NPS statement of work (SOW) requirements, which involved a quantitative inventory using both new and pre-existing transects. The resulting transects totaled 61 (including the four from the 1999 study), each measuring 50 meters in length and distributed across depths of up to 50 feet. Divers took photo-quadrat samples covering an area of approximately 9 m?, encompassing 50 photo-quadrats of dimensions 0.50 m x 0.36 m (n=50). The collective area surveyed across all 61 transects amounted to ~549 m?. Additionally, a qualitative search was conducted to enhance documentation of coral species that have limited distribution and might not be captured by transects, along with identifying harmful species and stressors. Timed roving diver coral diversity surveys were carried out at a total of 20 sites occurring within the waters of WAPA, including eight sites at the H?gat unit and 12 sites at the Asan unit. The findings from this report reveal significant disparities in benthic cover compositions between H?gat and Asan units. The H?gat unit exhibits high abundances of turf algae and unconsolidated sediment while the Asan beach unit presents a different scenario, with hard coral as the dominant benthic cover, followed closely by crustose coralline algae (CCA). The Asan unit is also more difficult to access from shore or boat relative to H?gat which provides that unit some protection from human influences. The Asan beach unit's prevalence of hard coral, CCA, and colonizable substrate suggests a more favorable environment for reef growth and the potential benefits of maintaining robust coral cover in the area. These distinct differences in benthic communities highlight the contrasting ecological dynamics and habitats of the two study areas. Across both H?gat and Asan beach unit transects, a total of 56 hard coral species were recorded from 27 genera, with 44 species recorded from the H?gat unit and 48 species recorded from the Asan unit. Of the four historical transects surveyed in the Asan unit from 1999, three experienced declines in percent coral cover (17.38-78.72%), while the fourth had an increase (10.98%). During the timed roving diver coral diversity surveys, a total of 245 hard coral species, including 241 scleractinian coral species representing 49 genera and 4 non-scleractinian coral species representing 4 genera were recorded. Uncertainties related to coral identification, unresolved boundaries between morphospecies, differences in taxonomists' perspectives, and the rapidly evolving state of coral taxonomy have significant implications for species determinations during coral diversity surveys. While the recent surveys have provided valuable insights into coral diversity in WAPA waters, ongoing taxonomic research and collaboration among experts will be essential to obtain a more comprehensive and accurate understanding of coral biodiversity in the region. Of the several ESA coral species that were searched for among the H?gat and Asan beach units, Acropora retusa was the only coral species found among quantitative transects (n=2) and A. globiceps was observed during coral diversity surveys. Acropora speciosa, which was dominant in the upper seaward slopes in 1977, is now conspicuously absent from all the surveys conducted in 2022 (Eldredge et al., 1977). The disappearance and reduction of these once-dominant species underscores the urgency of implementing conservation measures to safeguard the delicate balance of Guam's coral reefs and preserve the diversity and ecological integrity of these invaluable marine ecosystems. Other formerly common or locally abundant species were infrequently encountered during the diversity surveys, including Acropora monticulosa, A. sp. ?obtusicaulis?, A. palmerae, Stylophora sp. ?mordax?, Montipora sp. ?pagoensis?, and Millepora dichotoma. Significant bleaching-associated mortality was recorded for these species, most of which are restricted to reef front/margin zones exposed to moderate-to-high levels of wave energy. Sedimentation was present in both H?gat and the Asan units, though it was more commonly encountered in H?gat transects. While significant portions of the reef area within the WAPA H?gat unit are in poor condition due to a variety of stressors, some areas still hosted notable coral communities, which should be a potential focus for park management to prevent further degradation. There is a need for more effective management of point source pollution concerns, particularly when subpar wastewater treatment or runoff from areas with potential pollution or sediment-laden water is flowing from nearby terrestrial environments. Future monitoring efforts should aim to establish a framework that facilitates a deeper understanding of potential point source pollution incidents. This would empower park managers to collaborate with adjacent communities, both within and outside of park boundaries, to mitigate the localized impacts of pollution (McCutcheon and McKenna, 2021). COTS were encountered during transect surveys as well as in coral diversity surveys. including along the upper reef front/reef margin at site Agat-CS-2. The frequency of these observations, particularly in the WAPA H?gat unit and where stress-susceptible corals are already uncommonly encountered, raise concern about the ability of the populations of these coral species to recover following acute disturbance events, and calls in to question the ability of some of these species to persist in WAPA waters, and in Guam?s waters more broadly. More frequent crown-of-thorns control efforts, even if only a handful of sea stars are removed during a single effort, may be required to prevent further loss to vulnerable species. There were several documented incidents of Terpios hoshinota covering large sections of branching coral in the reef flat along transects, but it is still unclear how detrimental this sponge is to the overall reef system. There is a concern that elevated levels of organic matter and nutrients in the water, such as those resulting from sewage discharge or stormwater runoff, could lead to increased Terpios populations (De Voogd et al. 2013). Consequently, it is important to track populations in known areas of sedimentation and poor water quality. The presence of unique species at single survey sites within the study areas underscores the ecological importance of certain locations. Some species are known to occur in other locations in Guam, while a few may be limited to specific sites within WAPA waters. These differences are likely influenced by environmental and biological factors such as poor water quality, severe heat stress events, chronic predation by crown-of-thorns sea stars, disease, and reduced herbivore populations. These factors collectively shape the condition of the benthic community, leading to variations in species distribution and abundance across the study sites. Documenting coral stress and identifying potentially harmful species allows for proactive management strategies to prevent the establishment of nuisance or detrimental species while populations are still manageable. Updated data on the location, presence, relative abundance, and health of corals is essential for park managers to prioritize conservation efforts and identify restoration opportunities effectively. Observations from this report raise concerns about the health and resilience of coral ecosystems in the H?gat unit and emphasize the need for knowledge of local factors that shape benthic community structure. Understanding the drivers responsible for these variations is crucial for effective conservation and management strategies to preserve the ecological balance and overall health of coral reefs in both units. Continued monitoring efforts will be critical in assessing long-term trends and changes in benthic cover and enabling adaptive management approaches to safeguard these valuable marine ecosystems in the face of ongoing environmental challenges.