Ce manuscrit expose le developpement de ressources fondamentales pour les communications quantiques a longues distances basees sur les technologies des fibres optiques telecoms et des guides d'onde optiques non lineaires. Apres une introduction generale sur les communications quantiques, cette these est structuree en trois parties principales. La premiere partie illustre le developpement de deux sources pour la generation de paires de photons intriques en polarisation et emis a une longueur d'onde telecom via conversion parametrique spontanee (SPDC) dans des guides d'ondes non lineaires integres sur niobate de lithium periodiquement polarise. Les sources s'appuient respectivement sur un accord de phase de type-II et un accord de phase de type-0 et sur des solutions de filtrage et d'interferometrie mises en place apres le cristal non lineaire. Dans la seconde partie, sont discutees les realisations de deux sources de photons uniques annonces haut debit. La premiere s'appuie sur le multiplexage spatial sur puce de photons uniques annonces. La seconde exploite le multiplexage temporel passif grâce a l'utilisation d'un laser telecom cadence a 10 GHz. Enfin, nous presentons une approche tout-optique visant la synchronisation de sources distantes de paires de photons intriques, agencees selon une architecture de type relais quantique distribue. Cette technique innovante repose sur l'utilisation d'un laser telecom impulsionnel en tant qu'horloge optique de reference. Cette horloge autorise la synchronisation de l'emission de paires de photons dans la bande C des telecoms en deux lieux distants. Des resultats preliminaires d'interference a deux photons sont montres et discutes.
Ce manuscrit expose le developpement de ressources fondamentales pour les communications quantiques a longues distances basees sur les technologies des fibres optiques telecoms et des guides d'onde optiques non lineaires. Apres une introduction generale sur les communications quantiques, cette these est structuree en trois parties principales. La premiere partie illustre le developpement de deux sources pour la generation de paires de photons intriques en polarisation et emis a une longueur d'onde telecom via conversion parametrique spontanee (SPDC) dans des guides d'ondes non lineaires integres sur niobate de lithium periodiquement polarise. Les sources s'appuient respectivement sur un accord de phase de type-II et un accord de phase de type-0 et sur des solutions de filtrage et d'interferometrie mises en place apres le cristal non lineaire. Dans la seconde partie, sont discutees les realisations de deux sources de photons uniques annonces haut debit. La premiere s'appuie sur le multiplexage spatial sur puce de photons uniques annonces. La seconde exploite le multiplexage temporel passif grâce a l'utilisation d'un laser telecom cadence a 10 GHz. Enfin, nous presentons une approche tout-optique visant la synchronisation de sources distantes de paires de photons intriques, agencees selon une architecture de type relais quantique distribue. Cette technique innovante repose sur l'utilisation d'un laser telecom impulsionnel en tant qu'horloge optique de reference. Cette horloge autorise la synchronisation de l'emission de paires de photons dans la bande C des telecoms en deux lieux distants. Des resultats preliminaires d'interference a deux photons sont montres et discutes.
Synchronisation toute optique d’un réseau de communication quantique Ce manuscrit expose le développement de ressources fondamentales pour les communications quantiques à longues distances basées sur les technologies des fibres optiques télécoms et des guides d'onde optiques non linéaires. Après une introduction générale sur les communications quantiques, cette thèse est structurée en trois parties principales. La première partie illustre le développement de deux sources pour la génération de paires de photons intriqués en polarisation et émis à une longueur d'onde télécom via conversion paramétrique spontanée (SPDC) dans des guides d'ondes non linéaires intégrés sur niobate de lithium périodiquement polarisé. Les sources s'appuient respectivement sur un accord de phase de type-II et un accord de phase de type-0 et sur des solutions de filtrage et d'interférométrie mises en place après le cristal non linéaire. Dans la seconde partie, sont discutées les réalisations de deux sources de photons uniques annoncés haut débit. La première s'appuie sur le multiplexage spatial sur puce de photons uniques annoncés. La seconde exploite le multiplexage temporel passif grâce à l'utilisation d'un laser télécom cadencé à 10 GHz. Enfin, nous présentons une approche tout-optique visant la synchronisation de sources distantes de paires de photons intriqués, agencées selon une architecture de type relais quantique distribué. Cette technique innovante repose sur l'utilisation d'un laser télécom impulsionnel en tant qu'horloge optique de référence. Cette horloge autorise la synchronisation de l'émission de paires de photons dans la bande C des télécoms en deux lieux distants. Des résultats préliminaires d'interférence à deux photons sont montrés et discutés.
Le déploiement de réseaux de communication quantique représente un défi auquel cette thèse apporte des solutions originales. Deux dispositifs très performants sont construits uniquement autour de composants standards de l'optique intégrée et des télécommunications optiques. Le premier correspond à un schéma de synchronisation tout optique sur longue distance à très haute cadence et de précision inégalée pour la communication sécurisée par cryptographie quantique. Le montage expérimental repose sur une configuration de relais quantique mettant en œuvre deux sources indépendantes de paires de photons intriqués dont il faut synchroniser les temps d'émissions. L’idée principale s’appuie sur l’utilisation d’un unique laser télécom picoseconde cadencé à 2.5 GHz afin de générer l’horloge et de pouvoir la distribuer efficacement aux deux sources. Nous démontrons la synchronisation de notre lien relais pour une distance effective séparant les sources de plus de 100 km. Le second dispositif correspond quant à lui à la réalisation d'une expérience de compression à une longueur d'onde des télécommunications réalisée, pour la première fois, de manière entièrement guidée. La lumière comprimée étant une ressource fondamentale dans bon nombre de protocoles d'information quantique, la réalisation de systèmes expérimentaux facilement reconfigurables et compatibles avec les réseaux télécoms fibrés existants représente une étape cruciale en vue du déploiement de dispositifs de communication quantique en régime de variables continues. Enfin, un traitement quantique des effets de gigue temporelle dans les détecteurs de photons 0N/0FF est proposé. Malgré l'importance des systèmes de détection dans les technologies quantiques photoniques émergentes, aucune modélisation quantique de leurs effets de gigue temporelle n'avait été, à notre connaissance, développé jusqu'à présent.
Cette thèse présente l'étude et la réalisation de différents éléments clés pour la communication quantique longue distance. Pour cela, nous tirons parti de l'optique intégré sur de niobate de lithium, qui permet de mettre en exergue les propriétés non-linéaire de ce matériau. Après une brève introduction sur l'information quantique nous permettant de mettre en avant les enjeux actuels du domaine, nous nous intéressons à la réalisation de trois sources de paires de photons intriqués sur les observables polarisation (2) et time-bin (1), émettant aux longueurs d'onde des télécommunications. Ces réalisations font parties des meilleures sources actuelles aussi bien en terme de brillance que de qualité d'intrication mesurée, le tout alliant compacité et simplicité d'utilisation. Dans un second temps, nous présentons l'élaboration et la mise en oeuvre d'un relais quantique entièrement intégré. Pour cette réalisation, nous avons mergé au sein d'un même composant, pour la première fois, deux effets non-linéaires, l'un optique-optique pour la génération de paires de photons intriqués, et l'autre électro-optique pour le routage contrôlablé des photons. Une expérience d'interférence à deux photons entre un photon émis par la puce et un photon issu d'une source externe nous a permis de valider notre approche en obtenant une visibilité de 79% en accord avec les prédictions théoriques. Cette puce peut devenir un élément clé de la communication quantique car il permet d'accroître les distances de communication par un facteur 1.8.
Le déploiement de réseaux de communication quantique représente un défi auquel cette thèse apporte des solutions originales. Deux dispositifs très performants sont construits uniquement autour de composants standards de l'optique intégrée et des télécommunications optiques. Le premier correspond à un schéma de synchronisation tout optique sur longue distance à très haute cadence et de précision inégalée pour la communication sécurisée par cryptographie quantique. Le montage expérimental repose sur une configuration de relais quantique mettant en œuvre deux sources indépendantes de paires de photons intriqués dont il faut synchroniser les temps d'émissions. L’idée principale s’appuie sur l’utilisation d’un unique laser télécom picoseconde cadencé à 2.5 GHz afin de générer l’horloge et de pouvoir la distribuer efficacement aux deux sources. Nous démontrons la synchronisation de notre lien relais pour une distance effective séparant les sources de plus de 100 km. Le second dispositif correspond quant à lui à la réalisation d'une expérience de compression à une longueur d'onde des télécommunications réalisée, pour la première fois, de manière entièrement guidée. La lumière comprimée étant une ressource fondamentale dans bon nombre de protocoles d'information quantique, la réalisation de systèmes expérimentaux facilement reconfigurables et compatibles avec les réseaux télécoms fibrés existants représente une étape cruciale en vue du déploiement de dispositifs de communication quantique en régime de variables continues. Enfin, un traitement quantique des effets de gigue temporelle dans les détecteurs de photons 0N/0FF est proposé. Malgré l'importance des systèmes de détection dans les technologies quantiques photoniques émergentes, aucune modélisation quantique de leurs effets de gigue temporelle n'avait été, à notre connaissance, développé jusqu'à présent.
Cette thèse présente l'étude et la réalisation de différents éléments clés pour la communication quantique longue distance. Pour cela, nous tirons parti de l'optique intégré sur niobate de lithium, qui permet de mettre en exergue les propriétés non-linéaires de ce matériau. Après une brève introduction sur l'information quantique, nous permettant de mettre en avant les enjeux actuels du domaine, nous nous intéressons à la réalisation de trois sources de paires de photons intriqués sur les observables polarisation (2) et time-bin (1), émettant aux longueurs d'onde des télécommunications. Ces réalisations font partie des meilleures sources actuelles aussi bien en termes de brillance que de qualité d'intrication mesurée, le tout alliant compacité et simplicité d'utilisation. Dans un second temps, nous présentons l'élaboration et la mise en oeuvre d'un relais quantique entièrement intégré dédié à l'augmentation des distances de communication. Pour ce faire, nous avons mergé au sein d'un même composant, et ce pour la première fois, deux effets non-linéaires, l'un optique-optique pour la génération de paires de photons intriqués, et l'autre électro-optique pour le routage contrôlable des photons. Une expérience d'interférence à deux photons entre un photon émis par la puce et un photon issu d'une source externe nous a permis de valider notre approche en obtenant une visibilité d'interférence de 79%, en parfait accord avec les prédictions théoriques. Cette puce peut devenir un élément clé de la communication quantique car elle permet d'accroître les distances de communication par un facteur 1.8.
Les guides optiques intégrés sur du niobate de lithium polarisé périodiquement (guides PPLN), associés aux composants télécoms standards, constituent aujourd'hui l'une des principales ressources technologiques pour les expériences de communication quantique fibrées. En effet, la structure guidante offre à la fois un bon couplage avec les fibres optiques et un fort confinement des ondes pour l'obtention d'effets non linéaires exacerbés. D'une part, le régime de conversion paramétrique a permis l'obtention de sources de paires de photons intriqués ultra-efficaces et utiles aux protocoles de cryptographie quantique, mais aussi de téléportation et permutation d'intrication qui sont à la base des relais quantiques. D'autre part, le régime de génération de fréquence somme entre un laser de pompe et un photon télécom a ouvert une nouvelle voie pour la détection infrarouge, ainsi que pour le couplage entre lignes de distribution d'information quantique et mémoires quantiques atomiques opérant dans le visible. Dans ce cadre, nous introduirons les relais quantiques employés pour étendre la portée des réseaux de communication quantique. Nous détaillerons deux expériences menées au laboratoire, l'une consistant en un relais dans la configuration de permutation d'intrication, et l'autre sous la forme d'une "puce relais" dédiée au protocole de téléportation via l'intégration de plusieurs fonctions telles qu'un générateur de paires de photons et coupleurs directionnels à contrôle électro-optique.