Hiérarchie de modèles en optique quantique

S. Haroche

Cours : Cinquante ans de révolutions en physique atomique et en optique atomiqueLe dernier cours de la chaire de Physique quantique (2001-2015), clôturant quinze années d’enseignement portant sur l’optique et l’information quantiques, a passé en revue les grandes avancées de la physique atomique et de l’optique quantique au cours du dernier demi-siècle. Cette période a connu de profondes révolutions dans ces domaines de la physique, largement dues à l’invention en 1960 du laser et aux dévelo...

Cecile M. De Witt

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.

A. Blanc-Lapierre, P. Dumontet

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.

Geneviève Martin