Action en retour et correspondance spin-photon avec une interface boîte quantique-cavité

Le développement d'interfaces lumière-matière efficaces, utilisées comme des nœuds stationnaires permettant d'émettre et de recevoir des photons uniques, représente un enjeu majeur pour les communications quantiques et le calcul quantique distribué. Dans ce contexte, les spins à l'état solide ont émergé comme des candidats prometteurs, à condition d'être couplés de façon efficace à des microcavités optiques ou des guides d'ondes nanophotoniques. Notre approche s'appuie sur l'utilisation d'un dispositif formé par une boîte quantique semiconductrice placée dans une cavité de type micropillier, utilisée comme une interface spin-photon. Le dégrée du liberté du spin d'un seul électron, piégé dans la boîte quantique, interagit avec des photons incidents par des rotations de polarisation de type Kerr. De cette façon, la polarisation d'un photon réfléchi par le dispositif est modifiée selon l'état du spin, encodant l'information portée par le spin dans le degré de liberté de polarisation. L'objectif, pour une telle interface, est d'obtenir une correspondance parfaite entre l'état du spin et la polarisation d'un photon réfléchi. Dans ce manuscrit, nous explorons cette interaction pour démontrer un phénomène d'action en retour sur l'état du spin, induite par la détection d'un unique photon réfléchi dans une polarisation donnée. En exploitant une technique de tomographie de polarisation résolue en temps, nous montrons expérimentalement l'émergence d'un déséquilibre des populations des deux états de spin et/ou d'une cohérence induite par la détection d'un photon réfléchi. Nous mettons en évidence une signature expérimentale d'une correspondance spin-photon idéale, mettant en valeur le potentiel de cette plate-forme en tant qu'interface lumière-matière efficace. Nos résultats sont analysés via des simulations numériques de l'équation maîtresse qui décrit le système, et par un nouveau modèle analytique qui permet de mieux comprendre le phénomène d'action en retour. Ce travail ouvre la voie vers la démonstration de l'intrication entre un spin unique et un photon incident et vers la réalisation d'interfaces spin-photon efficaces et déterministes, exploitant des boîtes quantiques semiconductrices en microcavité.