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Résumé:

La deuxième révolution quantique, née dans les années 1980, vise à exploiter les propriétés de la mécanique quantique pour concevoir et construire des dispositifs innovants.Les défauts ponctuels optiquement actifs dans les semiconducteurs font partie des systèmes quantiques étudiés et ont la particularité de se comporter comme des atomes artificiels à l'état solide.Cela implique que, isolés à l'échelle individuelle, ils présentent une émission de photons uniques qui peut être utilisée pour les communications quantiques.De plus, certains défauts présentent un état de spin électronique ou nucléaire détectable et contrôlable qui peut être utilisé comme mémoire ou capteur quantique.Le silicium est le principal semiconducteur de l'industrie électronique et la plateforme idéale pour la nanofabrication à grande échelle de circuits quantiques.Cependant, les défauts luminescents de ce semiconducteur à faible bande interdite ont été peu étudiés pour les applications quantiques, avec le premier isolement d'un défaut optiquement actif n'ayant été rapporté que récemment.L'étude de ces défauts s'est d'abord concentrée sur le centre G, un défaut à base de carbone, qui présente une émission de photoluminescence aux longueurs d'onde utilisées dans les télécommunications par fibre optique, et possède un état de spin non nul qui peut être exploité pour les technologies quantiques.Dans ce contexte, des échantillons de silicium implantés en carbone ont été explorés, assurant non seulement la création et la détection de centres G uniques, mais révélant également de multiples défauts fluorescents individuels non identifiés émettant dans le proche infrarouge.Parallèlement à cette exploration, des échantillons de silicium implanté ont été analysés, permettant la première isolation du centre W, un défaut intrinsèque du silicium.Sur ces différents émetteurs, des études de spectroscopie optique couplées à l'analyse de l'émission de photons uniques ont révélé des propriétés non accessibles par des mesures d'ensemble.L'observation de défauts individuels intégrés dans des plaquettes de silicium sur isolant ouvre la possibilité d'explorer les technologies quantiques basées sur les défauts dans le silicium, telles que la photonique quantique intégrée et les communications quantiques.Une prochaine étape consisterait à démontrer le contrôle des états de spin, ce qui pourrait conduire au développement d'une interface spin-photon efficace fonctionnant à la longueur d'onde des télécommunications.