Practical Single Microwave Photon Counter with 10−2210^\mathrm{-22} W/Hz\mathrm{W/\sqrt{Hz}} sensitivity

Single photon detection played an important role in the development of quantum optics. Its implementation in the microwave domain is challenging because the photon energy is 5 orders of magnitude smaller. In recent years, significant progress has been made in developing single microwave photon detectors (SMPDs) based on superconducting quantum bits or bolometers. In this paper we present a new practical SMPD based on the irreversible transfer of an incoming photon to the excited state of a transmon qubit by a four-wave mixing process. This device achieves a detection efficiency $\eta = 0.43$ and an operational dark count rate $\alpha = 85$ $\mathrm{s^{-1}}$, mainly due to the out-of-equilibrium microwave photons in the input line. The corresponding power sensitivity is $\mathcal{S} = 10^{-22}$ $\mathrm{W/\sqrt{Hz}}$, one order of magnitude lower than the state of the art. The detector operates continuously over hour timescales with a duty cycle $\eta_\mathrm{D}=0.84$, and offers frequency tunability of $\sim 400$ MHz around 7 GHz

Spectroscopie de résonance de spin électronique des ions de terres rares dans la Scheelite détectée par fluorescence micro-ondes, à une température de l’ordre du millikelvin

La spectroscopie de Résonance de Spin Electronique (ESR) est une méthode de caractérisation applicable à une grande variété de systèmes de spin. Cette méthode, généralement basée sur la Détection Inductive (ID) de l'écho de spin, a une faible sensibilité, limitant la détection aux grands ensembles de spin. Améliorer la sensibilité de cette technique de caractérisation tout en gardant la généralité de son application est souhaitable pour caractériser les propriétés de petits ensembles de spin.Cette thèse explore une nouvelle méthode de détection ESR - la Détection par Fluorescence (FD) - récemment développée dans le groupe Quantronique. Nous l'appliquons à la spectroscopie des ions de terres rares dans la Scheelite en utilisant un dispositif de Détection de Photon à Micro-onde Unique, opérant à la température de quelque millikelvin. Notre expérience utilise un résonateur supraconducteur couplé magnétiquement à l'ensemble de spin résonnant afin de manipuler et de détecter le signal de spin. Nous présentons des spectres FD-ESR à grande échelle montrant des signaux d'une grande variété d'espèces de spin, ce qui prouve la généralité de cette méthode de détection. Comme la FD donne un accès immédiat à la fluorescence de spin, elle nécessite une meilleure compréhension de la courbe de relaxation de spin. En nous concentrant sur les ions Erbium, nous modélisons la dynamique d'ensemble des spins comme la somme des contributions des spins individuels et nous effectuons des simulations qui reproduisent quantitativement le signal de fluorescence sur trois ordres de grandeur de la force de l'impulsion d'excitation. La comparaison de l'ID et de la FD dans des conditions similaires d'excitation de spin confirme un gain de sensibilité avec la FD pour la détection de spin, atteignant un facteur 15 à la plus faible force d'excitation employée. Cette plus grande sensibilité nous permet de mesurer les décalages de fréquence causés par une contrainte mécanique sur un petit sous-ensemble de spin, et d'étudier sa dépendance avec l'angle du champ magnétique statique. Grâce à l'homogénéité du couplage du sous-ensemble de spin, nous observons des oscillations cohérentes de spin. Bien que la FD soit sensible aux photons incohérents, nous utilisons une séquence de trois impulsions pour réaliser la FD des échos de Hahn. Nous caractérisons le temps de cohérence des spins en utilisant la FD, et proposons une méthode pour contourner la limitation du temps de cohérence des spins due au bruit du champ magnétique. Enfin, nous montrons qu'il y a également un gain de sensibilité avec la FD par rapport à la ID pour la détection des échos.Electron Spin Resonance (ESR) spectroscopy is a characterization method applicable to a wide variety of spin systems. This method, usually based on the Inductive Detection (ID) of spin echo, has a low sensitivity, restricting the detection to large spin ensembles. Improving the sensitivity while keeping the generality of application is desirable to characterize small spin ensemble properties.This thesis explores a new ESR detection method - the Fluorescence Detection (FD) - recently developed in Quantronics group. We apply it to the spectroscopy of rare earth ions in Scheelite using a Single Microwave Photon Detector device, at millikelvin temperature. The experiment uses a superconducting resonator magnetically coupled to the resonant spin ensemble, in order to manipulate and detect the spin signal. We report large-scale FD-ESR spectra showing signal from a wide variety of spin species, proving the generality of this detection method. As FD gives immediately access to the spin fluorescence, it calls for a better understanding of spin relaxation curve. Focusing on Erbium ions, we model the spin ensemble dynamics as the sum of single spin contribution and perform simulations that quantitatively reproduce the fluorescence signal over three orders of magnitude in excitation pulse strength. The comparison of ID and FD in similar spin excitation conditions confirms a sensitivity gain with FD for spin detection, reaching a factor 15 at the lowest excitation strength explored. This higher sensitivity allows us to measure the frequency shifts caused by mechanical strain on a small spin sub-ensemble, and to study its dependence with the static field angle. Thanks to the spin sub-ensemble coupling homogeneity, we observe spin coherent oscillations. Although FD is sensitive to incoherent photons, we use a three-pulse sequence to perform FD of Hahn echoes. We characterize the spin coherence time using FD, and demonstrate a method to get around the limitation in spin coherence time due to magnetic field noise. Eventually, we show that there is also a sensitivity gain with FD compared to ID for echo detection

Spectroscopie de résonance de spin électronique des ions de terres rares dans la Scheelite détectée par fluorescence micro-ondes, à une température de l’ordre du millikelvin

Electron Spin Resonance (ESR) spectroscopy is a characterization method applicable to a wide variety of spin systems. This method, usually based on the Inductive Detection (ID) of spin echo, has a low sensitivity, restricting the detection to large spin ensembles. Improving the sensitivity while keeping the generality of application is desirable to characterize small spin ensemble properties.This thesis explores a new ESR detection method - the Fluorescence Detection (FD) - recently developed in Quantronics group. We apply it to the spectroscopy of rare earth ions in Scheelite using a Single Microwave Photon Detector device, at millikelvin temperature. The experiment uses a superconducting resonator magnetically coupled to the resonant spin ensemble, in order to manipulate and detect the spin signal. We report large-scale FD-ESR spectra showing signal from a wide variety of spin species, proving the generality of this detection method. As FD gives immediately access to the spin fluorescence, it calls for a better understanding of spin relaxation curve. Focusing on Erbium ions, we model the spin ensemble dynamics as the sum of single spin contribution and perform simulations that quantitatively reproduce the fluorescence signal over three orders of magnitude in excitation pulse strength. The comparison of ID and FD in similar spin excitation conditions confirms a sensitivity gain with FD for spin detection, reaching a factor 15 at the lowest excitation strength explored. This higher sensitivity allows us to measure the frequency shifts caused by mechanical strain on a small spin sub-ensemble, and to study its dependence with the static field angle. Thanks to the spin sub-ensemble coupling homogeneity, we observe spin coherent oscillations. Although FD is sensitive to incoherent photons, we use a three-pulse sequence to perform FD of Hahn echoes. We characterize the spin coherence time using FD, and demonstrate a method to get around the limitation in spin coherence time due to magnetic field noise. Eventually, we show that there is also a sensitivity gain with FD compared to ID for echo detection.La spectroscopie de Résonance de Spin Electronique (ESR) est une méthode de caractérisation applicable à une grande variété de systèmes de spin. Cette méthode, généralement basée sur la Détection Inductive (ID) de l'écho de spin, a une faible sensibilité, limitant la détection aux grands ensembles de spin. Améliorer la sensibilité de cette technique de caractérisation tout en gardant la généralité de son application est souhaitable pour caractériser les propriétés de petits ensembles de spin.Cette thèse explore une nouvelle méthode de détection ESR - la Détection par Fluorescence (FD) - récemment développée dans le groupe Quantronique. Nous l'appliquons à la spectroscopie des ions de terres rares dans la Scheelite en utilisant un dispositif de Détection de Photon à Micro-onde Unique, opérant à la température de quelque millikelvin. Notre expérience utilise un résonateur supraconducteur couplé magnétiquement à l'ensemble de spin résonnant afin de manipuler et de détecter le signal de spin. Nous présentons des spectres FD-ESR à grande échelle montrant des signaux d'une grande variété d'espèces de spin, ce qui prouve la généralité de cette méthode de détection. Comme la FD donne un accès immédiat à la fluorescence de spin, elle nécessite une meilleure compréhension de la courbe de relaxation de spin. En nous concentrant sur les ions Erbium, nous modélisons la dynamique d'ensemble des spins comme la somme des contributions des spins individuels et nous effectuons des simulations qui reproduisent quantitativement le signal de fluorescence sur trois ordres de grandeur de la force de l'impulsion d'excitation. La comparaison de l'ID et de la FD dans des conditions similaires d'excitation de spin confirme un gain de sensibilité avec la FD pour la détection de spin, atteignant un facteur 15 à la plus faible force d'excitation employée. Cette plus grande sensibilité nous permet de mesurer les décalages de fréquence causés par une contrainte mécanique sur un petit sous-ensemble de spin, et d'étudier sa dépendance avec l'angle du champ magnétique statique. Grâce à l'homogénéité du couplage du sous-ensemble de spin, nous observons des oscillations cohérentes de spin. Bien que la FD soit sensible aux photons incohérents, nous utilisons une séquence de trois impulsions pour réaliser la FD des échos de Hahn. Nous caractérisons le temps de cohérence des spins en utilisant la FD, et proposons une méthode pour contourner la limitation du temps de cohérence des spins due au bruit du champ magnétique. Enfin, nous montrons qu'il y a également un gain de sensibilité avec la FD par rapport à la ID pour la détection des échos

Spectroscopie de résonance de spin électronique à l'aide de détection fluorescente à des températures de l'ordre du millikelvin, appliquer à des terres rares dans la Scheelite

Electron Spin Resonance (ESR) spectroscopy is a characterization method applicable to a wide variety of spin systems. This method, usually based on the Inductive Detection (ID) of spin echo, has a low sensitivity, restricting the detection to large spin ensembles. Improving the sensitivity while keeping the generality of application is desirable to characterize small spin ensemble properties.This thesis explores a new ESR detection method - the Fluorescence Detection (FD) - recently developed in Quantronics group. We apply it to the spectroscopy of rare earth ions in Scheelite using a Single Microwave Photon Detector device, at millikelvin temperature. The experiment uses a superconducting resonator magnetically coupled to the resonant spin ensemble, in order to manipulate and detect the spin signal. We report large-scale FD-ESR spectra showing signal from a wide variety of spin species, proving the generality of this detection method. As FD gives immediately access to the spin fluorescence, it calls for a better understanding of spin relaxation curve. Focusing on Erbium ions, we model the spin ensemble dynamics as the sum of single spin contribution and perform simulations that quantitatively reproduce the fluorescence signal over three orders of magnitude in excitation pulse strength. The comparison of ID and FD in similar spin excitation conditions confirms a sensitivity gain with FD for spin detection, reaching a factor 15 at the lowest excitation strength explored. This higher sensitivity allows us to measure the frequency shifts caused by mechanical strain on a small spin sub-ensemble, and to study its dependence with the static field angle. Thanks to the spin sub-ensemble coupling homogeneity, we observe spin coherent oscillations. Although FD is sensitive to incoherent photons, we use a three-pulse sequence to perform FD of Hahn echoes. We characterize the spin coherence time using FD, and demonstrate a method to get around the limitation in spin coherence time due to magnetic field noise. Eventually, we show that there is also a sensitivity gain with FD compared to ID for echo detection.La spectroscopie de Résonance de Spin Electronique (ESR) est une méthode de caractérisation applicable à une grande variété de systèmes de spin. Cette méthode, généralement basée sur la Détection Inductive (ID) de l'écho de spin, a une faible sensibilité, limitant la détection aux grands ensembles de spin. Améliorer la sensibilité de cette technique de caractérisation tout en gardant la généralité de son application est souhaitable pour caractériser les propriétés de petits ensembles de spin.Cette thèse explore une nouvelle méthode de détection ESR - la Détection par Fluorescence (FD) - récemment développée dans le groupe Quantronique. Nous l'appliquons à la spectroscopie des ions de terres rares dans la Scheelite en utilisant un dispositif de Détection de Photon à Micro-onde Unique, opérant à la température de quelque millikelvin. Notre expérience utilise un résonateur supraconducteur couplé magnétiquement à l'ensemble de spin résonnant afin de manipuler et de détecter le signal de spin. Nous présentons des spectres FD-ESR à grande échelle montrant des signaux d'une grande variété d'espèces de spin, ce qui prouve la généralité de cette méthode de détection. Comme la FD donne un accès immédiat à la fluorescence de spin, elle nécessite une meilleure compréhension de la courbe de relaxation de spin. En nous concentrant sur les ions Erbium, nous modélisons la dynamique d'ensemble des spins comme la somme des contributions des spins individuels et nous effectuons des simulations qui reproduisent quantitativement le signal de fluorescence sur trois ordres de grandeur de la force de l'impulsion d'excitation. La comparaison de l'ID et de la FD dans des conditions similaires d'excitation de spin confirme un gain de sensibilité avec la FD pour la détection de spin, atteignant un facteur 15 à la plus faible force d'excitation employée. Cette plus grande sensibilité nous permet de mesurer les décalages de fréquence causés par une contrainte mécanique sur un petit sous-ensemble de spin, et d'étudier sa dépendance avec l'angle du champ magnétique statique. Grâce à l'homogénéité du couplage du sous-ensemble de spin, nous observons des oscillations cohérentes de spin. Bien que la FD soit sensible aux photons incohérents, nous utilisons une séquence de trois impulsions pour réaliser la FD des échos de Hahn. Nous caractérisons le temps de cohérence des spins en utilisant la FD, et proposons une méthode pour contourner la limitation du temps de cohérence des spins due au bruit du champ magnétique. Enfin, nous montrons qu'il y a également un gain de sensibilité avec la FD par rapport à la ID pour la détection des échos

Antécédents de traumatisme crânien dans des populations détenues : étude du lien entre lésion cérébrale et délinquance

The main objective of this thesis was to estimate the prevalence of traumatic brain injury in a population of incomers in prison. A further aim was to study co-variables that can have an impact on criminality when associated with a history of traumatic brain injury. A systematic review was performed to estimate an average prevalence of history of traumatic brain injury, which was found to be 46%. Then, a descriptive epidemiological study, which included 1,148 incomers in prison, was carried out at Fleury Merogis prison. The prevalence of history of traumatic brain injury was 30.6%. Among the adult male population, males who declared a history of traumatic brain injury spent more time in prison and came more often in prison during the past 5 years. They also declared a worse perceived health. They were more likely to report an epilepsy, psychiatric care, alcohol, cannabis and psychotropic drugs use. Among females, perceived health was worse and alcohol consumption was more common for females with a history of traumatic brain injury. When comparing males and females who declared a history of traumatic brain injury, no difference was found except a worse perceived health for women and a greater use of cannabis for men. The analyses regarding juveniles are still ongoing. These results provide further evidence that a number of measures have to be developed regarding medical and social care for this population.L'objectif principal de cette thèse était de déterminer la prévalence des antécédents de traumatisme crânien dans une population de détenus. Les objectifs secondaires étaient de déterminer les co-facteurs pouvant influencer le parcours pénal en cas d'association avec un antécédent de traumatisme crânien. Une revue systématique de la littérature a retrouvé une prévalence moyenne calculée d'antécédents de traumatisme crânien de 46%. Une enquête épidémiologique descriptive a inclus 1148 arrivants en prison à Fleury-Mérogis. La prévalence d'antécédents de traumatisme crânien était de 30,6%. L'analyse des résultats pour la population masculine adulte a mis en évidence que les personnes déclarant un antécédent de traumatisme crânien ont passé plus de temps en prison et ont fait plus de séjours en prison durant les 5 dernières années. Ils avaient également une santé perçue moins bonne. Ils étaient plus nombreux à déclarer une épilepsie, un suivi psychiatrique, une consommation d'alcool, de cannabis et de médicaments psychotropes. Dans la population féminine, la santé perçue était plus mauvaise et la consommation d'alcool était plus fréquente en cas d'antécédent de traumatisme crânien. La comparaison entre hommes et femmes ayant déclaré un traumatisme crânien n'a pas retrouvé de différence en dehors d'une santé perçue plus mauvaise pour les femmes et d'une consommation de cannabis plus importante pour les hommes. L'analyse la population des mineurs est en cours. Ces résultats amènent un certain de nombre de propositions pour la prise en charge médicale et sociale de cette population

History of traumatic brain injury among offenders population : a study about the link between brain injury and criminality

L'objectif principal de cette thèse était de déterminer la prévalence des antécédents de traumatisme crânien dans une population de détenus. Les objectifs secondaires étaient de déterminer les co-facteurs pouvant influencer le parcours pénal en cas d'association avec un antécédent de traumatisme crânien. Une revue systématique de la littérature a retrouvé une prévalence moyenne calculée d'antécédents de traumatisme crânien de 46%. Une enquête épidémiologique descriptive a inclus 1148 arrivants en prison à Fleury-Mérogis. La prévalence d'antécédents de traumatisme crânien était de 30,6%. L'analyse des résultats pour la population masculine adulte a mis en évidence que les personnes déclarant un antécédent de traumatisme crânien ont passé plus de temps en prison et ont fait plus de séjours en prison durant les 5 dernières années. Ils avaient également une santé perçue moins bonne. Ils étaient plus nombreux à déclarer une épilepsie, un suivi psychiatrique, une consommation d'alcool, de cannabis et de médicaments psychotropes. Dans la population féminine, la santé perçue était plus mauvaise et la consommation d'alcool était plus fréquente en cas d'antécédent de traumatisme crânien. La comparaison entre hommes et femmes ayant déclaré un traumatisme crânien n'a pas retrouvé de différence en dehors d'une santé perçue plus mauvaise pour les femmes et d'une consommation de cannabis plus importante pour les hommes. L'analyse la population des mineurs est en cours. Ces résultats amènent un certain de nombre de propositions pour la prise en charge médicale et sociale de cette population.The main objective of this thesis was to estimate the prevalence of traumatic brain injury in a population of incomers in prison. A further aim was to study co-variables that can have an impact on criminality when associated with a history of traumatic brain injury. A systematic review was performed to estimate an average prevalence of history of traumatic brain injury, which was found to be 46%. Then, a descriptive epidemiological study, which included 1,148 incomers in prison, was carried out at Fleury Merogis prison. The prevalence of history of traumatic brain injury was 30.6%. Among the adult male population, males who declared a history of traumatic brain injury spent more time in prison and came more often in prison during the past 5 years. They also declared a worse perceived health. They were more likely to report an epilepsy, psychiatric care, alcohol, cannabis and psychotropic drugs use. Among females, perceived health was worse and alcohol consumption was more common for females with a history of traumatic brain injury. When comparing males and females who declared a history of traumatic brain injury, no difference was found except a worse perceived health for women and a greater use of cannabis for men. The analyses regarding juveniles are still ongoing. These results provide further evidence that a number of measures have to be developed regarding medical and social care for this population

Prise en charge thérapeutique du patient HIV+

A ce jour, le SIDA est considéré par les spécialistes comme une maladie chronique, avec une espérance de vie qui ne cesse de s'accroitre. En conséquence, tout chirurgien-dentiste peut s'attendre à soigner des séropositifs à son cabinet. Des pathologies bucco-dentaires spécifiques du virus ou non représentent parfois les premiers signes de l'infection à VIH. Le praticien joue donc un rôle prépondérant dans le dépistage de nouveaux cas. Le virus s'attaquant au système immunitaire, on peut s'inquiéter d'un risque infectieux lors de soins dentaires chez les séropositifs. La prise en charge globale d'un patient atteint par le VIH doit se faire en étroite collaboration avec le médecin traitant. Le praticien devra alors réaliser un examen clinique minutieux complété d'examens biologiques, et adapter ses thérapeutiques au cas par cas.NANTES-BU Médecine pharmacie (441092101) / SudocPARIS-BIUM (751062103) / SudocLILLE2-UFR Odontologie (593502202) / SudocNANTES-Bib.Odontologie (441092219) / SudocSudocFranceF