La notion de coherence en optique

Yves Ménesguen, Jean-Loup Smirr, Grégoire Pillet +5 more

La description quantique d'un ensemble de particules indiscernables et la notion d'intrication ont suscite historiquement d'importants debats scientifiques et epistemologiques. Des sources de paires de photons intriques permettant de mettre en evidence des elements de reponse a ces questionnements historiques peuvent maintenant etre aisement mises en oeuvre experimentalement. Apres les definitions des notions de polarisation et d'intrication, les lois de l'optique non lineaire et de l'optique des milieux anisotropes qui regissent la generation parametrique de ces photons sont donnees, ainsi que les contraintes specifiques a l'obtention d'etats intriques. Deux exemples de realisations experimentales compactes, concues pour valider la description quantique de ces etats dans le cadre de travaux pratiques en ecole d'ingenieur sont proposees et decrites. La qualite des sources permet aux etudiants de verifier la validite de la theorie quantique, en quelques heures.

M. Françon, Serge Slansky

Ilse Maillette de Buy Wenniger

Les émetteurs quantiques sont des sources de photons uniques intéressantes pour les technologies quantiques, pouvant théoriquement émettre un photon unique sur demande. En 2019, il a été démontré que sous excitation résonnante, la cohérence imprimée entre l'état fondamental et l'état excité de l'émetteur quantique est transférée lors de l'émission spontanée en cohérence dans la base d'états de nombre de photons, créant une superposition cohérente de zéro et un photon. Cette démonstration a conduit à de nouvelles études théoriques sur le rôle de la cohérence en nombre de photons en optique quantique et en thermodynamique quantique. Dans cette thèse, nous étudions expérimentalement l'impact de la cohérence en nombre de photons sur certains fondamentaux de l'optique quantique - par exemple l'effet Hong-Ou-Mandel et les interférences de Ramsey - du point de vue de l'optique quantique et de la thermodynamique quantique. Nous démontrons que la cohérence en nombre de photons doit être prise en compte lors de la réalisation de mesures d'indiscernabilité et peut conduire à de nouveaux phénomènes d'interférence quantique qui peuvent altérer considérablement les performances de portes quantiques annoncées. Par ailleurs, nous démontrons que la cohérence occupe non seulement une place centrale en optique quantique, mais aussi dans le domaine de la thermodynamique quantique en proposant et mettant en œuvre des protocoles expérimentaux afin de mesurer les échanges énergétiques entre un émetteur quantique et la lumière. Nous montrons que la génération de cohérence dans un émetteur quantique peut conduire à un transfert spontané de travail vers le champ électromagnétique, qui est réduite par la décohérence de l'émetteur ainsi que par intrication cumulée émetteur-champ lors de l'émission spontanée. Cette dernière observation est approfondie en étudiant les transferts énergétiques entre un émetteur quantique et le vide du champ électromagnétique lors de l'interférence de Ramsey. Cette thèse pose ainsi les bases pour de nombreuses autres études expérimentales sur l'impact et l'utilisation des états de superposition en nombre de photons dans les protocoles d'optique quantique et l'énergétique de l'informatique quantique optique.

M. Françon

Ilse Maillette de Buy Wenniger

Impact de la cohérence dans la base d'états de nombre de photons sur les performances et aspects énergétiques des protocoles d'optique quantique Les émetteurs quantiques sont des sources de photons uniques intéressantes pour les technologies quantiques, pouvant théoriquement émettre un photon unique sur demande. En 2019, il a été démontré que sous excitation résonnante, la cohérence imprimée entre l'état fondamental et l'état excité de l'émetteur quantique est transférée lors de l'émission spontanée en cohérence dans la base d'états de nombre de photons, créant une superposition cohérente de zéro et un photon. Cette démonstration a conduit à de nouvelles études théoriques sur le rôle de la cohérence en nombre de photons en optique quantique et en thermodynamique quantique. Dans cette thèse, nous étudions expérimentalement l'impact de la cohérence en nombre de photons sur certains fondamentaux de l'optique quantique - par exemple l'effet Hong-Ou-Mandel et les interférences de Ramsey - du point de vue de l'optique quantique et de la thermodynamique quantique. Nous démontrons que la cohérence en nombre de photons doit être prise en compte lors de la réalisation de mesures d'indiscernabilité et peut conduire à de nouveaux phénomènes d'interférence quantique qui peuvent altérer considérablement les performances de portes quantiques annoncées. Par ailleurs, nous démontrons que la cohérence occupe non seulement une place centrale en optique quantique, mais aussi dans le domaine de la thermodynamique quantique en proposant et mettant en œuvre des protocoles expérimentaux afin de mesurer les échanges énergétiques entre un émetteur quantique et la lumière. Nous montrons que la génération de cohérence dans un émetteur quantique peut conduire à un transfert spontané de travail vers le champ électromagnétique, qui est réduite par la décohérence de l'émetteur ainsi que par intrication cumulée émetteur-champ lors de l'émission spontanée. Cette dernière observation est approfondie en étudiant les transferts énergétiques entre un émetteur quantique et le vide du champ électromagnétique lors de l'interférence de Ramsey. Cette thèse pose ainsi les bases pour de nombreuses autres études expérimentales sur l'impact et l'utilisation des états de superposition en nombre de photons dans les protocoles d'optique quantique et l'énergétique de l'informatique quantique optique.

Claude N. Cohen-Tannoudji