Quantum dynamics of a high impedance microwave cavity strongly coupled to a Josephson junction

Le but de cette these est d'etudier les proprietes et la dynamique d'une cavite micro-onde a haute impedance couplee galvaniquement a une jonction Josephson polarisee en tension. La cavite est realisee en aluminium granulaire, un supraconducteur desordonne a haute inductance cinetique, qui nous a permis d'obtenir des modes avec un facteur de qualite eleve (jusqu'a 30 000) et une grande impedance caracteristique allant jusqu'a 5 kOhm dans la gamme du GHz. L'occupation et les proprietes des modes de la cavite sont fortement influencees par les processus tunnel se produisant dans la jonction connectee a la cavite. Comme l'impedance caracteristique des modes est comparable au quantum de resistance, des processus non lineaires d'ordre eleve sont observes. A basse tension par rapport au gap supraconducteur de la jonction, le processus dominant est le passage tunnel inelastique des paires de Cooper, qui peuple les differents modes de la cavite. Nous mesurons directement l'emission de photons dans un mode a 6 GHz et observons plus de 70 pics d'emission en fonction de la tension de polarisation, une signature claire de la non-linearite elevee. Aux tensions plus elevees proches du gap, le tunneling des quasi-particules domine. Ce processus dissipatif modifie a la fois la frequence de resonance et la largeur des modes. Un traitement quantique de ce processus dissipatif en termes de decalage de Lamb et de sauts quantiques est necessaire pour expliquer quantitativement nos mesures. Ces resultats montrent le potentiel de l'aluminium granulaire pour realiser des experiences d'optique quantique dans un regime ou le transport de charge et les photons micro-ondes sont fortement couples.