Quantum phenomena give rise to new and revolutionary possibilities in the fields of computation and cryptography. The problems that are unsolvable with classical means are expected to be solved by quantum computers, and communication becomes absolutely secure, if it is encoded in a state of a quantum system. A large effort has been recently paid to research of deterministic transfer of information between photons and atoms, acting as flying and stationary quantum bits respectively. The interaction between these two components is enhanced, if they are put in a unidimensional medium, realizing a so called “1D atom”. The study of this specific optical medium and its applications to quantum technologies constitutes the objective of this thesis.First, we explore the light-matter interface realized as a 1D atom, with a semiconductor quantum dot in a micropillar cavity as an example. We study the coherent control of this system with light pulses in order to find an optimal way to control its state, varying the power, shape and duration of a pulse and statistics of the state of light field. We also study the impact of the 1D atom on the state of the reflected field as a function of parameters of the experimental device, describing the filtering of single photon Fock state from incident pulse.We continue with the study of the quantum state of the scattered light field, focusing on its purity. This is required to faithfully transmit the superposition state of one stationary qubit to another using light as a flying quantum bit. We develop a method to experimentally characterize the purity, and apply it to experimental data, showing that the state of art technology allows to create high-purity superpositions.Finally, we focus on the readout of a stationary qubit based on a single spin in a unidimensional environment. We study how to efficiently use polarized light for this purpose, showing that it is possible to readout the spin state, by detection of only one photon. We explore different deviations from this optimal regime. We also study the decoherence of the spin state due to interaction with the light field and the back-action of the measurement, showing that it is possible to freeze the spin state due to the quantum Zeno effect, which allows the preparation of the qubit, based on it, in an arbitrary superposition state. This opens perspectives towards efficient realization of stationary quantum bits based on single spins embedded in unidimensional electromagnetic environment.

Les phĂ©nomènes quantiques ouvrent des possibilitĂ©s nouvelles et rĂ©volutionnaires dans les domaines du calcul et de la cryptographie. Il est attendue, que des problèmes impossibles Ă  rĂ©soudre avec des moyens classiques, peuvent ĂŞtre rĂ©solus par des ordinateurs quantiques, et la communication devient absolument sĂ©curisĂ©e si elle est encodĂ©e dans un Ă©tat de système quantique – un bit quantique. Un effort important a rĂ©cemment Ă©tĂ© consacrĂ© Ă  la recherche sur le transfert dĂ©terministe d’information entre photons et atomes, fonctionnant comme des bits quantiques volants et stationnaires respectivement. L’interaction entre ces deux composants est augmentĂ©e s’ils sont placĂ©s dans un milieu optique unidimensionnel, rĂ©alisant un système appelĂ©e “un atome 1D”. L’étude de ce milieu optique et des ses applications aux technologies quantiques constitue l’objectif de cette thèse.Tout d’abord, nous explorons l’interaction entre le champ lumineux et un atome 1D, en prenant une boĂ®te quantique semi-conductrice dans un micropilier comme exemple. Nous Ă©tudions le contrĂ´le cohĂ©rent de ce système avec des impulsions lumineuses afin de trouver un moyen optimal de contrĂ´ler son Ă©tat, en faisant varier la puissance, la forme et la durĂ©e d’une impulsion, ainsi que la statistique de l’état quantique du champ lumineux. Nous Ă©tudions Ă©galement l’impact de l’atome 1D sur l’Ă©tat du champ rĂ©flĂ©chi en fonction des paramètres du système expĂ©rimental.Nous poursuivons avec l’étude de l’état quantique du champ lumineux rĂ©flĂ©chi, en nous concentrant sur sa puretĂ©. C’est important pour transmettre fidèlement l’état superposition d’un bit stationnaire Ă  un autre par la lumière, qui agit comme un bit quantique volant. Nous dĂ©veloppons une mĂ©thode de caractĂ©risation expĂ©rimentale de la puretĂ© et l’appliquons Ă  des donnĂ©es expĂ©rimentales, dĂ©montrant ainsi que la technologie moderne permet de crĂ©er des superpositions de haute puretĂ©.Enfin, nous nous concentrons sur la lecture d’un qubit stationnaire basĂ© sur un spin dans un environnement unidimensionnel. Nous Ă©tudions comment la lumière polarisĂ©e peut ĂŞtre utilisĂ© pour cela, en montrant qu’il est possible de lire l’état de spin en dĂ©tectant qu’un seul photon. Nous explorons diffĂ©rents Ă©carts de ce rĂ©gime optimal. Nous Ă©tudions Ă©galement la dĂ©cohĂ©rence de l’état de spin due Ă  l’interaction avec le champ lumineux, et back-action de la mesure, montrant que l’état de spin peut ĂŞtre “gelé”. C’est une manifestation de l’effet Zeno quantique, qui permet la prĂ©paration du qubit dans un Ă©tat arbitraire. Cela ouvre des perspectives pour la rĂ©alisation efficace de bits quantiques stationnaires basĂ©s sur des spins uniques incorporĂ©s dans un environnement Ă©lectromagnĂ©tique unidimensionnel.