Quantum interference between two single photons of different microwave frequencies

We have measured quantum interference between two single microwave photons trapped in a superconducting resonator, whose frequencies are initially about 6 GHz apart. We accomplish this by use of a parametric frequency conversion process that mixes the mode currents of two cavity harmonics through a superconducting quantum interference device, and demonstrate that a two-photon entanglement operation can be performed with high fidelity.Comment: 6 pages and 3 figure

Experimental determination of the statistics of photons emitted by a tunnel junction

We report on a microwave Hanbury-Brown Twiss experiment probing the statistics of GHz photons emitted by a tunnel junction in the shot noise regime at low temperature. By measuring the crosscorrelated fluctuations of the occupation numbers of the photon modes of both detection branches we show that, while the statistics of electrons is Poissonian, the photons obey chaotic statistics. This is observed even for low photon occupation number when the voltage across the junction is close to $h\nu/e$.Comment: Submitted to Phys.Rev.Let

Quantum superposition of a single microwave photon in two different "colour" states

The ability to coherently couple arbitrary harmonic oscillators in a fully-controlled way is an important tool to process quantum information. Coupling between quantum harmonic oscillators has previously been demonstrated in several physical systems by use of a two-level system as a mediating element. Direct interaction at the quantum level has only recently been realized by use of resonant coupling between trapped ions. Here we implement a tunable direct coupling between the microwave harmonics of a superconducting resonator by use of parametric frequency conversion. We accomplish this by coupling the mode currents of two harmonics through a superconducting quantum interference device (SQUID) and modulating its flux at the difference (~ 7 GHz) of the harmonic frequencies. We deterministically prepare a single-photon Fock state and coherently manipulate it between multiple modes, effectively controlling it in a superposition of two different "colours". This parametric interaction can be described as a beam-splitter-like operation that couples different frequency modes. As such, it could be used to implement linear optical quantum computing protocols on-chip.Comment: 21 pages, 10 figure

Bruit de grenaille quantique électronique et statistique de photons micro-ondes

This work is devoted to the experimental study of quantum electronic shot noise in mesoscopic conductors. In the rst part, we studied high frequency shot noise in a one-dimensional ballistic conductor : a quantum point contact (QPC). We measured, via the transmitted noise power in our detection circuit, the spectral density of noise at nite frequency f, where f belongs to the 4 to 8GHz frequency range, as a function of the bias voltage V applied to the QPC. We showed its singularity for V = hf=e. We have also studied its dependence with the transmission of the QPC and have thus validated, with a limited number of adjustable parameters, the scattering theory applied to the high frequency shot noise of a conductor without interactions. In the second part, we realised a Hanbury-Brown Twiss experiment (intensity interferometry) in order to test the photon statistics radiated in the detection circuit, by the shot noise of a low resistance tunnel junction. We showed that the current uctuations of this conductor with a high number of electronic channels, produced a chaotic light : the f frequency photon population statistics is super-poissonnian, since the power uctuations are proportional to the square of the mean photon power. Eventually, the experimental set-up is bound to test the radiation produced by the shot noise of a QPC, which could have, according to recent theoretical predictions, a non-classical behaviour (sub-poissonnian statistics).Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale du bruit quantique électronique d'un système mésoscopique. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés au bruit de partition haute fréquence d'un conducteur unidimensionnel balistique : un contact ponctuel quantique (QPC). Nous avons mesuré, via la puissance de bruit transmise dans notre circuit de détection, la densité spectrale de bruit à fréquence f, où f varie entre 4 et 8GHz, en fonction de la tension de polarisation V appliquée au QPC. Nous avons mis en évidence sa singularité en V = hf=e. Nous avons également étudié sa dépendance en fonction de la transmission du QPC, et avons ainsi éprouvé, en limitant le nombre de paramètres ajustables, la théorie de la diffusion appliquée au bruit haute fréquence d'un conducteur sans interactions. Dans une seconde partie, nous avons réalisé une expérience de type Hanbury-Brown et Twiss (interf érométrie d'intensité) permettant de sonder la statistique des photons émis, dans le circuit de mesure, par le bruit de grenaille d'une jonction tunnel de faible résistance. Nous avons montré que les uctuations de courant de ce conducteur à grand nombre de canaux de conduction, produisent un rayonnement chaotique : la statistique de la population de photons de fréquence f est superpoissonnienne, ce qui se traduit par des uctuations de puissance proportionnelles au carré de la puissance moyenne émise par la source. A terme, le montage expérimental est destiné à l'étude du rayonnement émis par le bruit de grenaille d'un QPC, qui pourrait, selon de récentes prédictions théoriques, être de nature non classique (statistique sous-poissonnienne)

Bruit de grenaille quantique électronique et statistique de photons micro-ondes

Cette thèse est consacrée à l étude expérimentale du bruit quantique électronique d un contact ponctuel quantique (QPC). Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à son bruit de partition haute fréquence. Nous avons mesuré la densité spectrale de bruit à fréquence entre 4 et 8GHz en fonction de la tension de polarisation V appliquée au QPC, Nous avons mis en évidence sa singularité en V = h /e. Nous avons également étudié sa dépendance en fonction de la transmission, et avons ainsi éprouvé, en limitant le nombre de paramètres ajustables, la théorie de la diffusion appliquée au bruit haute fréquence d un conducteur sans interactions. Dans une seconde partie, nous avons réalisé une expérience de type Hanbury-Brown et Twiss permettant de sonder la statistique des photons émis, dans le circuit de mesure, par le bruit de grenaille d une jonction tunnel de faible résistance. Nous avons montré que les fluctuations de courant de ce conducteur à grand nombre de canaux de conduction, produisent un rayonnement chaotique : la statistique de la population de photons est super-poissonnienne.PARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF