L'objectif de ce travail de recherche est l'etude des posibilites offertes par une nouvelle approche de l'information quantique basee sur des variables quantiques continues. Lorsque ces variables continues sont portees par le champs electromagnetique, un grand nombre de protocoles d'information quantique peuvent etre implementes a l'aide de lasers et d'elements d'optique lineaire standards. Cette simplicite experimentale rend cette approche tres interessantes d'un point de vue pratique, en particulier pour le developpement des futurs reseaux de communications quantiques.Le travail peut se diviser en deux parties complementaires. Dans la premiere partie, plus fondamentale, la relation complexe qui existe entre l'intrication et la nonlocalite de la mecanique quantique est etudiee sur base des variables optiques continues. Ces deux ressources etant essentielles pour l'information quantique, il est necessaire de bien les comprendre et de bien les caracteriser. Dans la seconde partie, orientee vers des applications concretes, le probleme de la correction d'erreur a variables continues est etudie. Pouvoir transmettre et manipuler l'information sans erreurs est necessaire au bon developpemnent de l'information quantique, mais, en pratique, les erreurs sont inevitables. Les codes correcteurs d'erreurs permettent de detecter et corriger ces erreures de maniere efficace.
L'objectif de ce travail de recherche est l'etude des posibilites offertes par une nouvelle approche de l'information quantique basee sur des variables quantiques continues. Lorsque ces variables continues sont portees par le champs electromagnetique, un grand nombre de protocoles d'information quantique peuvent etre implementes a l'aide de lasers et d'elements d'optique lineaire standards. Cette simplicite experimentale rend cette approche tres interessantes d'un point de vue pratique, en particulier pour le developpement des futurs reseaux de communications quantiques.Le travail peut se diviser en deux parties complementaires. Dans la premiere partie, plus fondamentale, la relation complexe qui existe entre l'intrication et la nonlocalite de la mecanique quantique est etudiee sur base des variables optiques continues. Ces deux ressources etant essentielles pour l'information quantique, il est necessaire de bien les comprendre et de bien les caracteriser. Dans la seconde partie, orientee vers des applications concretes, le probleme de la correction d'erreur a variables continues est etudie. Pouvoir transmettre et manipuler l'information sans erreurs est necessaire au bon developpemnent de l'information quantique, mais, en pratique, les erreurs sont inevitables. Les codes correcteurs d'erreurs permettent de detecter et corriger ces erreures de maniere efficace.
L'objectif de ce travail de recherche est l'étude des posibilités offertes par une nouvelle approche de l'information quantique basée sur des variables quantiques continues. Lorsque ces variables continues sont portées par le champs éléctromagnétique, un grand nombre de protocoles d'information quantique peuvent être implémentés à l'aide de lasers et d'éléments d'optique linéaire standards. Cette simplicité expérimentale rend cette approche très intéressantes d'un point de vue pratique, en particulier pour le développement des futurs réseaux de communications quantiques. Le travail peut se diviser en deux parties complémentaires. Dans la première partie, plus fondamentale, la relation complexe qui existe entre l'intrication et la nonlocalité de la mécanique quantique est étudiée sur base des variables optiques continues. Ces deux ressources étant essentielles pour l'information quantique, il est nécessaire de bien les comprendre et de bien les caractériser. Dans la seconde partie, orientée vers des applications concrètes, le problème de la correction d'erreur à variables continues est étudié. Pouvoir transmettre et manipuler l'information sans erreurs est nécessaire au bon développemnent de l'information quantique, mais, en pratique, les erreurs sont inévitables. Les codes correcteurs d'erreurs permettent de détecter et corriger ces erreures de manière efficace.
La lumière est un excellent candidat comme support d'information quantique en raison de la possibilité de réaliser des qubits optiques qui peuvent être transmis par des fibres optiques, manipulés au moyen de l'optique linéaire et interfacés avec la matière.La dualité onde-particule de la lumière a conduit à deux type d' encodages, traditionnellement séparés, de l'information quantique : une approche "à variables discrètes" (DV), basée par exemple sur des photons uniques, et une approche "à variables continues" (CV), qui repose sur des degrés de liberté continus tels que l'amplitude et la phase d'un champ lumineux.Les deux régimes présentent des avantages et des inconvénients spécifiques. L'approche DV a donné lieu à de nombreuses expériences révolutionnaires et permet de réaliser la téléportation avec une fidélité proche de l'unité, mais elle est dans la plupart des cas probabiliste et affectée par les limites des détecteurs de photons uniques. À l'inverse, l'approche CV peut bénéficier d'opérations inconditionnelles et d'une discrimination d'état non ambiguë, mais elle souffre d'une forte sensibilité aux pertes et de fidélités intrinsèquement limitées. Dans ce contexte, très récemment, l'hybridation entre les outils et concepts DV et CV a été envisagée comme une approche clé pour rassembler les avantages des deux régimes et contourner leurs limitations individuelles.Cette thèse s'inscrit dans cette démarche émergente mais potentiellement puissante. Plus précisément, elle explore l'intrication hybride entre des qubits optiques de type particule et de type onde. Cette ressource photonique complexe réunit les approches DV et CV et promet, entre autres, de transférer l'information d'un codage à l'autre. Dans la perspective d'applications futures des états hybrides aux communications longue distance sur fibres optiques et aux réseaux quantiques, la thèse se concentre en particulier sur l'étude et la réalisation d'états hybrides avec codage en time-bin sur le qubit de type particule. En time-bin, l'information est codée sur deux temps de génération/détection des photons. Par rapport aux autres approches, ce type d'encodage est particulièrement bien adapté à toute application impliquant des liaisons par fibre optique, car il est particulièrement robuste aux pertes et à la dispersion de polarisation. Dans le même esprit, la thèse explore également des ressources originales s'appuyant sur l'optique intégrée comme technologie habilitante pour la mise en œuvre future, hors laboratoire, de technologies quantiques basées sur l'intrication hybride.
Variables modulaires en information quantique L’information quantique peut être traitée de deux manières fondamentalement différentes: à l’aide de variables discrètes ou continues. Dans cette thèse, nous étudions de manière théorique la réalisation de protocoles d’information quantique dans les systèmes caractérisés par des variables continues. Pour ce faire, nous utilisons les variables modulaires comme outil afin de révéler des structures discrètes dans les états, opérations et observables. Le présent travail est fortement motivé par l’applicabilité expérimentale de nos idées dans des expériences d’optique quantique. Le thème principal de cette thèse est la formulation d’un cadre pour le traitement quantique de l’information dans l’espace des phases grâce aux variables modulaires. L’usage des variables modulaires permet d’encoder des états logique dans des espaces de Hilbert de dimension infinie et de définir des opérations qui permettent de les manipuler. En particulier, nous considérons des protocoles qui impliquent des mesures de variables modulaires qui permettent la lecture d’information discrète codée dans des variables continues. Grâce à ce formalisme, nous montrons comment il est possible de réaliser des tests des propriétés fondamentales de la mécanique quantique comme l’intrication, la non-localité ou la contextualité dans des espaces de Hilbert de dimensions finie ou infinie. Ensuite, nous discutons pourquoi les degrés de liberté transverse des photons sont des candidats naturels pour l’implémentation expérimentale des variables modulaires. À cet effet, nous démontrons comment il est possible d’utiliser l’effet Talbot - un effet d’interférence de champ proche - afin d’encoder de l’information discrète dans la distribution spatiales des photons. Finalement, nous montrons pour la première fois comment produire des photons intriqués de dimension arbitraire de manière déterministe en utilisant la conversion paramétrique et des éléments d’optique linéaire.
En photonique quantique, les paires de photons intriqués constituent une ressource fondamentale, à la fois pour l'étude des fondements de la mécanique quantique et pour des applications émergentes telles que l'informatique quantique, les communications sécurisées, l'imagerie et la détection. En pratique, ces paires peuvent être générées de manière fiable par conversion paramétrique spontanée dans un cristal non linéaire. Les propriétés de ces photons sont alors déterminées par le type et la géométrie du cristal, ainsi que par les caractéristiques du faisceau de pompe. Le contrôle de ces propriétés s'avère crucial pour de nombreuses applications. Dans cette thèse, nous montrons comment les corrélations spatiales des paires de photons intriqués peuvent être structurées en images d'amplitude et de phase arbitraires en modulant l'illumination du cristal. L'image d'un objet réel peut ainsi être efficacement encodée dans les corrélations des paires, tout en demeurant invisible pour les mesures d'intensité conventionnelles. Cette technique établit ainsi une nouvelle approche de l'imagerie optique, dans laquelle les informations de l'objet sont portées par les corrélations entre les photons plutôt que par l'intensité ou la phase des champs optiques, comme dans les méthodes classiques. Nous utilisons cette technique pour proposer un nouveau paradigme d'imagerie à travers les milieux diffusants, lesquels perturbent fortement la propagation de la lumière et rendent l'imagerie classique inefficace. Les approches classiques - telles que l'inversion computationnelle ou le contrôle de front d'onde - permettent, en principe, de compenser la diffusion, mais elles se révèlent en pratique très sensibles au bruit et aux pertes, et n'offrent qu'un contrôle limité des modes. À l'inverse, notre approche exploite une propriété fondamentale de l'intrication quantique : la préservation des corrélations entre photons sur plusieurs bases de mesure. En modulant le désordre optique engendré par un milieu diffusant, les images encodées dans les corrélations quantiques peuvent être reconstruites par détection de coïncidences, sans jamais inverser le processus de diffusion. Ce travail démontre la possibilité d'encoder, de détecter et de transmettre des informations à haute dimension à l'aide de corrélations quantiques, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour la communication et l'imagerie quantiques.
Approche hybride du traitement quantique de l'information Approche hybride du traitement quantique de l'information La dualité onde-particule a conduit à deux façons d'encoder l'information quantique, les approches continues et discrètes. L'approche hybride a récemment émergé, et consiste à utiliser les concepts et boites à outils des deux approches, afin de venir à bout des limitations intrinsèques à chaque champ. Dans ce travail de thèse, nous allons dans une première partie utiliser des protocoles hybrides de façon à générer des états quantiques non-gaussiens de la lumière. A l'aide d'oscillateurs paramétriques optiques, et de détecteur de photons supraconducteurs, nous pouvons générer des photons uniques extrêmement purs très efficacement, ainsi que des états chats de Schrödinger, qui permettent d'encoder l'information en variables continues. Nous montrons également en quoi des opérations de variables continues peuvent aider cette génération. La méthode utilisée, basée sur la génération " d'états-noyaux " rend en outre ces états plus robustes à la décohérence. Dans une seconde partie, dans le contexte d'un réseau hétérogène, basé sur différents encodages, relier de façon quantique les deux mondes, nécessite l'existence d'intrication hybride de la lumière. Nous introduisons la notion d'intrication hybride, entre des états continus et discrets, et nous en montrons une première application qui est la génération à distance de bit quantique continu. Nous implémentons ainsi également une plateforme polyvalente permettant la génération d'états " micro-macro " intriqués.
L’information quantique peut être traitée de deux manières fondamentalement différentes: à l’aide de variables discrètes ou continues. Dans cette thèse, nous étudions de manière théorique la réalisation de protocoles d’information quantique dans les systèmes caractérisés par des variables continues. Pour ce faire, nous utilisons les variables modulaires comme outil afin de révéler des structures discrètes dans les états, opérations et observables. Le présent travail est fortement motivé par l’applicabilité expérimentale de nos idées dans des expériences d’optique quantique. Le thème principal de cette thèse est la formulation d’un cadre pour le traitement quantique de l’information dans l’espace des phases grâce aux variables modulaires. L’usage des variables modulaires permet d’encoder des états logique dans des espaces de Hilbert de dimension infinie et de définir des opérations qui permettent de les manipuler. En particulier, nous considérons des protocoles qui impliquent des mesures de variables modulaires qui permettent la lecture d’information discrète codée dans des variables continues. Grâce à ce formalisme, nous montrons comment il est possible de réaliser des tests des propriétés fondamentales de la mécanique quantique comme l’intrication, la non-localité ou la contextualité dans des espaces de Hilbert de dimensions finie ou infinie. Ensuite, nous discutons pourquoi les degrés de liberté transverse des photons sont des candidats naturels pour l’implémentation expérimentale des variables modulaires. À cet effet, nous démontrons comment il est possible d’utiliser l’effet Talbot - un effet d’interférence de champ proche - afin d’encoder de l’information discrète dans la distribution spatiales des photons. Finalement, nous montrons pour la première fois comment produire des photons intriqués de dimension arbitraire de manière déterministe en utilisant la conversion paramétrique et des éléments d’optique linéaire.