Génération et manipulation d'états photoniques pour la communication quantique Le travail présenté dans cette thèse est principalement divisé en deux parties. Une première partie expérimentale dans laquelle des réalisations basées sur des solutions d’optique guidée et d’optique intégrée à une longueur d’onde télécom sont mises en oeuvre dans les régimes continu et pulsé. La motivation derrière cette partie est de développer des solutions et techniques expérimentales permettant des implémentations de protocoles de communication quantique sur le terrain. La deuxième partie consiste en l’étude théorique de la génération d’états quantiques non gaussiens de haute qualité et de haute amplitude avec des ressources relativement raisonnables. Dans la partie expérimentale, trois réalisations sont présentées. La première consiste à générer des états de type chat de Schrödinger en régime continu à une longueur d’onde télécom utilisant une approche d’optique guidée basée sur des composants fibrés disponibles sur le marché. Une deuxième réalisation consiste en la conception et la caractérisation expérimentale d’une source SPDC guidée pour la génération d’états quantiques discrets et continus de haute qualité ainsi que l’intrication hybride. Enfin, le troisième travail expérimental concerne les premières caractérisations des résonateurs de type micro-anneaux en nitrure de silicium à faible perte et à haut facteur de qualité pour la génération d’intrication multimode dans un peigne de fréquence. Ces implémentations expérimentales sont menées dans le but d’évoluer vers des applications de protocoles de communication quantique hors laboratoire. D’autre part, deux études théoriques sont menées dans la deuxième partie. Dans un premier temps, nous développons un cadre théorique pour décrire l’opération de soustraction de photons à partir d’un état quantique multimode. En appliquant ce cadre au cas de la production d’états de type chat de Schrödinger, nous montrons que des états non gaussiens de haute qualité peuvent être obtenus avec des solutions simples et non sélectives de mode dans le régime multimode. Ensuite, nous proposons un nouveau protocole pour la génération d’état non gaussien de haute amplitude basé sur les capacités de multiplexage offertes par les sources photoniques, réduisant considérablement la complexité et augmentant les performances par rapport aux protocoles itératifs déjà existants.
Le travail présenté dans cette thèse est principalement divisé en deux parties. Une première partie expérimentale dans laquelle des réalisations basées sur des solutions d’optique guidée et d’optique intégrée à une longueur d’onde télécom sont mises en oeuvre dans les régimes continu et pulsé. La motivation derrière cette partie est de développer des solutions et techniques expérimentales permettant des implémentations de protocoles de communication quantique sur le terrain. La deuxième partie consiste en l’étude théorique de la génération d’états quantiques non gaussiens de haute qualité et de haute amplitude avec des ressources relativement raisonnables. Dans la partie expérimentale, trois réalisations sont présentées. La première consiste à générer des états de type chat de Schrödinger en régime continu à une longueur d’onde télécom utilisant une approche d’optique guidée basée sur des composants fibrés disponibles sur le marché. Une deuxième réalisation consiste en la conception et la caractérisation expérimentale d’une source SPDC guidée pour la génération d’états quantiques discrets et continus de haute qualité ainsi que l’intrication hybride. Enfin, le troisième travail expérimental concerne les premières caractérisations des résonateurs de type micro-anneaux en nitrure de silicium à faible perte et à haut facteur de qualité pour la génération d’intrication multimode dans un peigne de fréquence. Ces implémentations expérimentales sont menées dans le but d’évoluer vers des applications de protocoles de communication quantique hors laboratoire. D’autre part, deux études théoriques sont menées dans la deuxième partie. Dans un premier temps, nous développons un cadre théorique pour décrire l’opération de soustraction de photons à partir d’un état quantique multimode. En appliquant ce cadre au cas de la production d’états de type chat de Schrödinger, nous montrons que des états non gaussiens de haute qualité peuvent être obtenus avec des solutions simples et non sélectives de mode dans le régime multimode. Ensuite, nous proposons un nouveau protocole pour la génération d’état non gaussien de haute amplitude basé sur les capacités de multiplexage offertes par les sources photoniques, réduisant considérablement la complexité et augmentant les performances par rapport aux protocoles itératifs déjà existants.
Architectures en optique guidée pour la génération et la tomographie d'états non-gaussiens Le calcul quantique à variables continues exploite les champs électromagnétiques. Le multiplexage génère des états intriqués massifs, appelés états graphes. Ces structures supportent le calcul quantique par la mesure. Les opérations purement gaussiennes restreignent la puissance de calcul. Le théorème de Gottesman-Knill démontre qu'un algorithme classique simule efficacement un circuit optique gaussien. L'avantage quantique nécessite l'introduction de processus non-gaussiens. La génération d'états chaton de Schrödinger répond à ce besoin. Ces états non-classiques autorisent la réalisation de portes logiques non-linéaires. Ils fournissent les ressources des codes de correction d'erreurs de Gottesman-Kitaev-Preskill. La production de ces ressources constitue un problème physique. Les états purs subissent une décohérence rapide sous l'effet des pertes optiques. L'atténuation altère les propriétés quantiques. La fonction de Wigner perd sa négativité. L'état dégénère en un mélange statistique. Jusqu'à présent, les expériences utilisaient des composants en espace libre. Ces configurations macroscopiques présentent une instabilité mécanique contraignante. Ces limites s'opposent à la miniaturisation exigée par les processeurs quantiques. La tomographie requiert des chaînes d'acquisition électronique à très large bande passante. Ces verrous technologiques empêchent la montée en échelle du calcul. Ce manuscrit décrit le développement de générateurs d'états non-gaussiens en ondes guidées. Le système expérimental opère à la longueur d'onde des télécommunications (1560 nm). Un laser pompe des guides d'ondes en niobate de lithium périodiquement polarisé (PPLN). Ces structures cristallines génèrent des états de vide comprimé. Un coupleur fibré prélève une fraction minimale du faisceau. Une cavité Fabry-Pérot filtre ce mode spatial. Un détecteur supraconducteur à nanofils (SNSPD) signale l'arrivée d'un photon unique. Cette détection annonce la soustraction d'un photon du mode optique principal. L'opération projette le système dans un état non-gaussien. L'architecture est intégralement fibrée pour minimiser les pertes. Le montage intègre un protocole de distribution sur deux nœuds distants. Un système d'asservissement stabilise les interféromètres optiques. Le contrôle utilise une sonde contra-propagative, décalée en fréquence de 2,7 GHz. Les mesures expérimentales valident cette architecture. Le dispositif a généré des états chatons de Schrödinger. La reconstruction tomographique homodyne confirme la nature non-gaussienne de la ressource. L'expérience mesure une valeur négative de la fonction de Wigner, W(0,0) = -0,085. Une étude numérique évalue les critères de la tomographie quantique. Les simulations relient la bande passante de détection électronique à la préservation de la négativité. Le respect du théorème de Nyquist-Shannon empêche le repliement spectral du bruit quantique. La bande passante du détecteur doit dépasser cinq fois la largeur de raie de la cavité. Le montage a testé la création d'états intriqués non-gaussiens distants. Le protocole exploite l'effacement temporel de l'information de chemin. La cavité de filtrage allonge le paquet d'onde et supprime la discernabilité due à l'asymétrie des fibres. L'utilisation d'ondes guidées élimine les instabilités des sources non-gaussiennes. La soustraction de photon fournit une génération compatible avec les réseaux fibrés. Ces travaux valident la production expérimentale d'états quantiques ultra-sensibles. Ces résultats constituent une base matérielle pour concevoir des processeurs optiques. La transposition vers la photonique intégrée sur isolant (LNOI) permettra le développement de calculateurs quantiques continus.