Nous pre ́sentons un schéma expérimental permettant de tirer parti de l'efficacité des guides d'onde sur niobate de lithium périodiquement polarisé (PPLN/W) afin de générer, en bande étroite des paires de photons intriqués en polarisation aux longueurs d'ondes des télécommunications (1560 nm). Grâce à un montage original, fiable et basé sur la seule utilisation des composants télécoms, nous montrons la violation des inégalités de Bell avec une visibilité de plus de 97%.
Nous pre ́sentons un schéma expérimental permettant de tirer parti de l'efficacité des guides d'onde sur niobate de lithium périodiquement polarisé (PPLN/W) afin de générer, en bande étroite des paires de photons intriqués en polarisation aux longueurs d'ondes des télécommunications (1560 nm). Grâce à un montage original, fiable et basé sur la seule utilisation des composants télécoms, nous montrons la violation des inégalités de Bell avec une visibilité de plus de 97%.
Afin de pouvoir œuvrer vers un réseau de communication quantique, il est primordial de limiter les ressources nécessaires. En particulier, nous montrons ici que l’on peut utiliser une source unique de paires de photons intriqués, pour desservir un grand nombre d’utilisateurs. Ceci implique que la source en question soit à large bande spectrale d’émission, et compatible avec les infrastructures actuelles de télécommunication optique. Dans un premier temps nous avons étudié une source de photons corrélés, basée sur la fluorescence paramétrique. A partir des valeurs expérimentales mesurées (coups et coïncidences), une borne maximale de la visibilité que l’on pourra obtenir en intrication est calculée ainsi que la brillance. Un facteur de qualité est établi afin de comparer et classer les démultiplexeurs testés par rapport au compromis entre la qualité des corrélations quantiques et la brillance de la source. La deuxième partie consiste à caractériser une source de photons intriqués en polarisation. L’intrication a été réalisée en effectuant un double passage dans un cristal de PPLN, générant un état de type |Φ> =(1/√2)(|HH> +|VV>) . Les photons des paires générées sont aussi séparés par démultiplexage en longueur d’onde. Des mesures de visibilités et du paramètre de Bell S sont effectuées. Les performances des démultiplexeurs sont comparées à celles prévues avec les photons jumeaux. Nous montrons qu’il est possible à partir d’une source unique, d’établir un canal quantique de communication avec au moins 3 couples d’utilisateurs en simultané. Nous proposons à la fin de cette étude, diverses méthodes d’amélioration.
Cette these presente l’etude et la realisation d’une experience d’interference a deux photons de type Hong-Ou-Mandel appele aussi coalescence des photons. L’originalite de notre travail reside dans l’utilisation de deux sources de photons uniques annoncees independantes dont le fonctionnement requiert l’utilisation de guides d’ondes integres sur un substrat de niobate de lithium polarise periodiquement (PPLN). Les photons acteurs de l’interference sont crees par generation parametrique a la longueur d’onde de 1550 nm nous assurant ainsi une compatibilite avec le reseau des fibres optiques telecom. Les guides PPLN presentent l’avantage majeur d’avoir une forte efficacite de conversion, mais ils permettent egalement de recolter aisement les photons a l’aide d’une fibre optique. Le travail effectue nous a conduit a etudier le comportement des guides dans differents regimes de fonctionnement : continu et impulsionnel. En effet, comparativement aux experiences de coalescence realises part le passe, nous avons choisi de travailler en regime picoseconde afin de faciliter l’obtention de l’interference en regard de la synchronisation electronique et du filtrage a effectue. Les visibilites obtenus (99%) sont proches des limites theoriques et ces resultats montrent que le protocole experimental mis en place peut devenir l’un des elements cles des futurs protocoles des communications quantiques utilisant les phenomenes de coalescence.
Ce mémoire présente l'étude et la réalisation expérimentale de deux sources de paires de photons, intriqués en énergie-temps et en « time-bins », basées sur un guide d'ondes intégré sur un substrat de niobate de lithium polarisé périodiquement (PPLN). Dans les deux cas, les photons jumeaux sont créés par génération paramétrique à la longueur d'onde dégénérée de 1310 nm autorisant leur transport par fibre optique télécom. Le guide PPLN montre une efficacité de conversion supérieure à 10-6, correspondant à une amélioration de 4 ordres de grandeur par rapport aux générateurs massifs. Même pompé par de faibles puissances, il présente une probabilité significative de créer deux paires simultanément ce qui est un avantage essentiel pour certains protocoles de communication quantique. Nous proposons à cet effet deux méthodes de caractérisation de la probabilité de créer une paire par photon de pompe (régime continu) ou par impulsion laser. Afin d'examiner la qualité des états enchevêtrés, deux expériences d'interférométrie ont montré des taux de contraste respectifs de 97 % et de 84 % pour les intrications en énergie-temps et en time-bins. Bien que ce dernier taux puisse être amélioré, ces résultats montrent le fort potentiel des guides PPLN pour devenir l'un des éléments clés des futurs protocoles de communication quantique.
L'augmentation des distances de communication quantique passe par le développement de nouvelles sources de photons uniques et de paires de photons intriqués de plus en plus efficaces et émettant aux longueurs d'ondes des télécommunications. Ceci permet la transmission des photons à l'aide de fibres optiques avec un minimum de pertes à la propagation. Un deuxième élément clef pour l'augmentation des distances de communication est l'amélioration des détecteurs de photons uniques afin d'en réduire le bruit des détecteurs et d'augmenter leur efficacité. Actuellement, avec les technologies disponibles, les dis- tances maximales réalisables, avec une simple source de photons uniques, sont d'environ une centaine de kilo- mètres. L'utilisation de relais quantiques, basés sur le principe de téléportation d'état, permet d'améliorer le rapport signal sur bruit par l'augmentation du nombre de détecteurs. Ainsi, on peut acheminer de l'information sur de plus grandes distances, au détriment du signal. Pour réaliser un tel relai, nous avons besoin d'une source de paires de photons intriqués et d'un coupleur 50/50, comme le montre la FIG. 1. Pour cela nous pro- posons d'exploiter la technologie de l'optique intégrée permettant la réalisation d'une puce optique sur niobate de lithium autorisant la fonction relai quantique. Comme le montre la FIG. 2, une zone périodiquement polarisée suivit d'un coupleur 50/50 permet de générer les paires de photons intriqués. Puis, un deuxième coupleur 50/50 permet d'effectuer la mesure d'état de Bell. Cette puce présente l'avantage d'être très compacte (~5 cm), stable et facilement intégrable au sein d'un réseau de communication fibré, comme on peut le faire actuellement avec des commutateurs standards intégrés sur niobate de lithium. Nous montrerons les caractérisations classiques de la puce en ce qui concerne la génération de fluorescence paramétrique et le contrôle électro-optique des coupleurs. Par ailleurs, nous discuterons les premiers résultats relatifs à l'obtention d'une interférence à deux photons de type HOM au niveau du deuxième coupleur. Ces résultats prometteurs confirment la pertinence de notre approche.
Les communications quantiques (QC) longues distances sont tributaires de l'existence de sources efficaces de photons uniques dont la longueur d'onde doit être adaptée aux communications dans les fibres optiques (1550nm). Ce manuscrit présente l'étude et la réalisation expérimentale d'une source de photons uniques annoncés, basée sur l'utilisation de paires de photons issues d'un guide d'onde intégré sur un substrat de niobate de lithium polarisé périodiquement (PPLN). Le principe repose sur la séparation des photons d'une paire et la détection de l'un sert à annoncer la présence de l'autre. Aussi, ce guide d'onde nous permet de venir récolter les paires de photons simplement à l'aide d'une fibre optique monomode, gage de compacité et stabilité de la source. L'intervalle de temps entre deux paires successives n'étant pas définit, cette source présente un fonctionnement dit « asynchrone ». Afin de caractériser les performances de ce type de source, nous proposons deux méthodes expérimentales originales. La première repose sur un modèle d'analyse des statistiques des détections dans un montage de type « Hanburry Brown & Twiss » pour remonter aux probabilités d'avoir 0, 1 ou 2 photons, tandis que la seconde est une « version asynchrone » du montage original de « Hanburry Brown & Twiss » pour tracer la fonction de corrélation croisée du second-ordre. Les performances de cette première source de photons uniques aux longueurs d'ondes télécom se situent parmi les meilleures au monde avec une probabilité d'avoir un photon unique à 1550nm de 0,37 accompagnée d'une réduction des événements à deux photons d'un facteur 12 par rapport à une source poissonnienne équivalente.
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.