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Single-Pass Squeezing And Spatio-temporal Modes

Luca La Volpe

Published Mar 19, 2019• 0 citations
OpenAlex

Abstract

Ma thèse concerne une analyse théorique et expérimentale de la nature multimode de la lumière comprimée générée par la conversion paramétrique (PDC). La lumière quantique est générée à partir du passage unique d'une impulsion de pompe femtoseconde à travers un cristal non linéaire. L'absence de cavité pour la lumière quantique nécessite un traitement théorique complet de l'hamiltonien de la PDC dans le domaine spatial et temporel, ainsi que des modes compressés couplés spatio-temporellement. Du côté expérimental, un module de mise en forme d’impulsions permet un contrôle complet du mode spectral de l’oscillateur local utilisé pour caractériser la source par détection homodyne. La distribution multimodale de la lumière comprimée est démontrée expérimentalement en mettant en forme l'oscillateur local selon différents modes spectraux et spatiaux.

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Géneration d’états comprimés en simple passage et modes spatio-temporels

Luca La Volpe

Ma thèse concerne une analyse théorique et expérimentale de la nature multimode de la lumière comprimée générée par la conversion paramétrique (PDC). La lumière quantique est générée à partir du passage unique d'une impulsion de pompe femtoseconde à travers un cristal non linéaire. L'absence de cavité pour la lumière quantique nécessite un traitement théorique complet de l'hamiltonien de la PDC dans le domaine spatial et temporel, ainsi que des modes compressés couplés spatio-temporellement. Du côté expérimental, un module de mise en forme d’impulsions permet un contrôle complet du mode spectral de l’oscillateur local utilisé pour caractériser la source par détection homodyne. La distribution multimodale de la lumière comprimée est démontrée expérimentalement en mettant en forme l'oscillateur local selon différents modes spectraux et spatiaux.

•Mar 19, 2019•0 citations

Génération et manipulation de peignes de fréquences quantiques multimodes

R. Medeiros de Araújo

Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale et théorique des propriétés quantiques d'un Oscillateur Paramétrique Optique pompé en mode synchrone (SPOPO) en dessous du seuil. Les relations d'entrée-sortie du champ quantique sont établies pour un tel dispositif en utilisant un formalisme symplectique à la fois en temps et en fréquence. On prédit que le champ produit est dans un état fortement multimode où les modes comprimés sont des peignes de fréquences de différents profils spectraux/temporels. On le démontre expérimentalement à l'aide d'un SPOPO composé d'une cavité en anneau et un cristal non-linéaire pompé par un train d'impulsions femtoscondes à 400 nm. Les états générés sont mesurés par une détection homodyne avec mise en forme de l'oscillateur local. Cela permet la construction d'une matrice de covariance dans une base de pixels de fréquences et la mise en évidence des corrélations quantiques entre les différentes régions du spectre optique. La diagonalisation de cette matrice donne les modes décorrélés en bruit et les niveaux de compression de bruit respectifs. La génération d'états décrits par au moins 4 modes décorrélés dans des états comprimés se propageant dans le même faisceau a été démontrée. Les résultats plus récents montrent des états à 8 modes, ouvrant la voie à la génération extensible d'états fortement multimodes de la lumière.

•Nov 19, 2012•0 citations

Génération et manipulation de peignes de fréquences quantiques multimodes

R. Medeiros de Araújo

Cette these est consacree a l'etude experimentale et theorique des proprietes quantiques d'un Oscillateur Parametrique Optique pompe en mode synchrone (SPOPO) en dessous du seuil. Les relations d'entree-sortie du champ quantique sont etablies pour un tel dispositif en utilisant un formalisme symplectique a la fois en temps et en frequence. On predit que le champ produit est dans un etat fortement multimode ou les modes comprimes sont des peignes de frequences de differents profils spectraux/temporels. On le demontre experimentalement a l'aide d'un SPOPO compose d'une cavite en anneau et un cristal non-lineaire pompe par un train d'impulsions femtoscondes a 400 nm. Les etats generes sont mesures par une detection homodyne avec mise en forme de l'oscillateur local. Cela permet la construction d'une matrice de covariance dans une base de pixels de frequences et la mise en evidence des correlations quantiques entre les differentes regions du spectre optique. La diagonalisation de cette matrice donne les modes decorreles en bruit et les niveaux de compression de bruit respectifs. La generation d'etats decrits par au moins 4 modes decorreles dans des etats comprimes se propageant dans le meme faisceau a ete demontree. Les resultats plus recents montrent des etats a 8 modes, ouvrant la voie a la generation extensible d'etats fortement multimodes de la lumiere.

•Jan 1, 2012•0 citations

Single-Pass Generation and Detection of Ultrafast Multimode Squeezed Light

Tiphaine Kouadou

Génération en simple passage et détection de compression quantique d'impulsions lumineuses multimodes Nous présentons la génération d'états intriqués en variables continues multimodes présentant des corrélations spatio-spectrales non classiques. Ces états sont produits à un taux de 156 MHz par génération paramétrique spontanée (SPDC) en simple-passage dans un cristal de bêta-barium borate (BBO) pompé par un peigne de fréquences optiques et suivant une configuration non-colinéaire. Les états produits sont les briques élémentaires d'états quantiques hautement intriqués appelés états cluster en rail, essentiels à la mise en place de protocole de calcul quantique basé sur la mesure successive des modes d'un cluster (MBQC). Nous caractérisons les états par avec une détection homodyne mode-sélective pour mettre en évidence la structure multimode de la lumière paramétrique. En raison de la configuration de l'expérience, les états générés sont hautement multimodes spatialement et spectralement et présentent un faible niveau de squeezing par mode, i.e. juste au dessus de la résolution de notre détecteur. Comme le squeezing est une ressource importante pour la MBQC, nous avons développé un nouveau montage de SPDC avec des guides d'onde en titanyl phosphate de potassium de nonlinéarité périodiquement inversée (PPKTP) pour remplacer le cristal de BBO. Grâce à la nonlinéarité plus élevée du KTP, le confinement de la lumière dans le guide et l'emploi de la technique de quasi-phase matching, le niveau de squeezing par mode devrait être augmenté. Dans le même temps, nous avons travaillé à développer un détecteur homodyne de grande bande passante fonctionnant avec de la lumière pulsée, afin de pouvoir effectuer des mesures homodynes impulsion par impulsion.

•Mar 26, 2021•0 citations

Optique quantique multimode pour le traitement de l'information quantique

Élie Gouzien

Cette thèse étudie l’optique quantique multimode, aussi bien du point de vue de la génération que celui de la détection. Elle s’articule autour de trois volets. Nous étudions la génération de lumière comprimée multimode dans une cavité. Pour cela nous considérons la forme la plus générale de hamiltonien quadratique, permettant entre autres de décrire l’utilisation de plusieurs pompes dans un matériau effectuant du mélange à quatre ondes. Une approche combinant fonctions de Green et décompositions de matrices symplectiques est décrite. Cette théorie générique est appliquée à des cas particuliers. Dans un premier temps, des exemples en basse dimension sont donnés. Ensuite, une configuration d’oscillateur paramétrique optique pompé de manière synchrone (SPOPO) est décrite et étudiée ; les résultats obtenus montrent que ce système a un comportement très différent de celui du SPOPO utilisant une non-linéarité d’ordre 2. Ces travaux ouvrent la voie à la réalisation de peignes de fréquences quantiques avec des micro-résonateurs en anneau gravés sur silicium. Un autre problème examiné est celui de prendre en compte l’information temporelle obtenue lors du clic d’un détecteur de photon unique. Pour cela nous utilisons un formalisme multimodal temporel afin d’expliciter les opérateurs décrivant la mesure. Les principaux défauts des détecteurs réels, dont la gigue temporelle, l’efficacité finie et les coups d’obscurité sont pris en compte. L’utilisation des opérateurs est illustrée par la description d’expériences usuelles de l’optique quantique. Enfin, on montre que la lecture du temps de clic du détecteur permet d’améliorer la qualité de l’état généré par une source de photons annoncés. En troisième partie nous présentons un schéma de génération d’intrication hybride entre variables continues et discrètes, pour laquelle la partie discrète est encodée temporellement. Ce schéma est analysé en détail vis-à-vis de sa résistance aux imperfections expérimentales.

•Dec 17, 2019•0 citations

Génération en simple passage et détection de compression quantique d'impulsions lumineuses multimodes

Tiphaine Kouadou

Nous présentons la génération d'états intriqués en variables continues multimodes présentant des corrélations spatio-spectrales non classiques. Ces états sont produits à un taux de 156 MHz par génération paramétrique spontanée (SPDC) en simple-passage dans un cristal de bêta-barium borate (BBO) pompé par un peigne de fréquences optiques et suivant une configuration non-colinéaire. Les états produits sont les briques élémentaires d'états quantiques hautement intriqués appelés états cluster en rail, essentiels à la mise en place de protocole de calcul quantique basé sur la mesure successive des modes d'un cluster (MBQC). Nous caractérisons les états par avec une détection homodyne mode-sélective pour mettre en évidence la structure multimode de la lumière paramétrique. En raison de la configuration de l'expérience, les états générés sont hautement multimodes spatialement et spectralement et présentent un faible niveau de squeezing par mode, i.e. juste au dessus de la résolution de notre détecteur. Comme le squeezing est une ressource importante pour la MBQC, nous avons développé un nouveau montage de SPDC avec des guides d'onde en titanyl phosphate de potassium de nonlinéarité périodiquement inversée (PPKTP) pour remplacer le cristal de BBO. Grâce à la nonlinéarité plus élevée du KTP, le confinement de la lumière dans le guide et l'emploi de la technique de quasi-phase matching, le niveau de squeezing par mode devrait être augmenté. Dans le même temps, nous avons travaillé à développer un détecteur homodyne de grande bande passante fonctionnant avec de la lumière pulsée, afin de pouvoir effectuer des mesures homodynes impulsion par impulsion.

•Mar 26, 2021•2 citations
Ma thèse concerne une analyse théorique et expérimentale de la nature multimode de la lumière comprimée générée par la conversion paramétrique (PDC). La lumière quantique est générée à partir du passage unique d'une impulsion de pompe femtoseconde à travers un cristal non linéaire. L'absence de cavité pour la lumière quantique nécessite un traitement théorique complet de l'hamiltonien de la PDC dans le domaine spatial et temporel, ainsi que des modes compressés couplés spatio-temporellement. Du côté expérimental, un module de mise en forme d’impulsions permet un contrôle complet du mode spectral de l’oscillateur local utilisé pour caractériser la source par détection homodyne. La distribution multimodale de la lumière comprimée est démontrée expérimentalement en mettant en forme l'oscillateur local selon différents modes spectraux et spatiaux.
Ma thèse concerne une analyse théorique et expérimentale de la nature multimode de la lumière comprimée générée par la conversion paramétrique (PDC). La lumière quantique est générée à partir du passage unique d'une impulsion de pompe femtoseconde à travers un cristal non linéaire. L'absence de cavité pour la lumière quantique nécessite un traitement théorique complet de l'hamiltonien de la PDC dans le domaine spatial et temporel, ainsi que des modes compressés couplés spatio-temporellement. Du côté expérimental, un module de mise en forme d’impulsions permet un contrôle complet du mode spectral de l’oscillateur local utilisé pour caractériser la source par détection homodyne. La distribution multimodale de la lumière comprimée est démontrée expérimentalement en mettant en forme l'oscillateur local selon différents modes spectraux et spatiaux.
Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale et théorique des propriétés quantiques d'un Oscillateur Paramétrique Optique pompé en mode synchrone (SPOPO) en dessous du seuil. Les relations d'entrée-sortie du champ quantique sont établies pour un tel dispositif en utilisant un formalisme symplectique à la fois en temps et en fréquence. On prédit que le champ produit est dans un état fortement multimode où les modes comprimés sont des peignes de fréquences de différents profils spectraux/temporels. On le démontre expérimentalement à l'aide d'un SPOPO composé d'une cavité en anneau et un cristal non-linéaire pompé par un train d'impulsions femtoscondes à 400 nm. Les états générés sont mesurés par une détection homodyne avec mise en forme de l'oscillateur local. Cela permet la construction d'une matrice de covariance dans une base de pixels de fréquences et la mise en évidence des corrélations quantiques entre les différentes régions du spectre optique. La diagonalisation de cette matrice donne les modes décorrélés en bruit et les niveaux de compression de bruit respectifs. La génération d'états décrits par au moins 4 modes décorrélés dans des états comprimés se propageant dans le même faisceau a été démontrée. Les résultats plus récents montrent des états à 8 modes, ouvrant la voie à la génération extensible d'états fortement multimodes de la lumière.
Cette these est consacree a l'etude experimentale et theorique des proprietes quantiques d'un Oscillateur Parametrique Optique pompe en mode synchrone (SPOPO) en dessous du seuil. Les relations d'entree-sortie du champ quantique sont etablies pour un tel dispositif en utilisant un formalisme symplectique a la fois en temps et en frequence. On predit que le champ produit est dans un etat fortement multimode ou les modes comprimes sont des peignes de frequences de differents profils spectraux/temporels. On le demontre experimentalement a l'aide d'un SPOPO compose d'une cavite en anneau et un cristal non-lineaire pompe par un train d'impulsions femtoscondes a 400 nm. Les etats generes sont mesures par une detection homodyne avec mise en forme de l'oscillateur local. Cela permet la construction d'une matrice de covariance dans une base de pixels de frequences et la mise en evidence des correlations quantiques entre les differentes regions du spectre optique. La diagonalisation de cette matrice donne les modes decorreles en bruit et les niveaux de compression de bruit respectifs. La generation d'etats decrits par au moins 4 modes decorreles dans des etats comprimes se propageant dans le meme faisceau a ete demontree. Les resultats plus recents montrent des etats a 8 modes, ouvrant la voie a la generation extensible d'etats fortement multimodes de la lumiere.
Génération en simple passage et détection de compression quantique d'impulsions lumineuses multimodes Nous présentons la génération d'états intriqués en variables continues multimodes présentant des corrélations spatio-spectrales non classiques. Ces états sont produits à un taux de 156 MHz par génération paramétrique spontanée (SPDC) en simple-passage dans un cristal de bêta-barium borate (BBO) pompé par un peigne de fréquences optiques et suivant une configuration non-colinéaire. Les états produits sont les briques élémentaires d'états quantiques hautement intriqués appelés états cluster en rail, essentiels à la mise en place de protocole de calcul quantique basé sur la mesure successive des modes d'un cluster (MBQC). Nous caractérisons les états par avec une détection homodyne mode-sélective pour mettre en évidence la structure multimode de la lumière paramétrique. En raison de la configuration de l'expérience, les états générés sont hautement multimodes spatialement et spectralement et présentent un faible niveau de squeezing par mode, i.e. juste au dessus de la résolution de notre détecteur. Comme le squeezing est une ressource importante pour la MBQC, nous avons développé un nouveau montage de SPDC avec des guides d'onde en titanyl phosphate de potassium de nonlinéarité périodiquement inversée (PPKTP) pour remplacer le cristal de BBO. Grâce à la nonlinéarité plus élevée du KTP, le confinement de la lumière dans le guide et l'emploi de la technique de quasi-phase matching, le niveau de squeezing par mode devrait être augmenté. Dans le même temps, nous avons travaillé à développer un détecteur homodyne de grande bande passante fonctionnant avec de la lumière pulsée, afin de pouvoir effectuer des mesures homodynes impulsion par impulsion.
Cette thèse étudie l’optique quantique multimode, aussi bien du point de vue de la génération que celui de la détection. Elle s’articule autour de trois volets. Nous étudions la génération de lumière comprimée multimode dans une cavité. Pour cela nous considérons la forme la plus générale de hamiltonien quadratique, permettant entre autres de décrire l’utilisation de plusieurs pompes dans un matériau effectuant du mélange à quatre ondes. Une approche combinant fonctions de Green et décompositions de matrices symplectiques est décrite. Cette théorie générique est appliquée à des cas particuliers. Dans un premier temps, des exemples en basse dimension sont donnés. Ensuite, une configuration d’oscillateur paramétrique optique pompé de manière synchrone (SPOPO) est décrite et étudiée ; les résultats obtenus montrent que ce système a un comportement très différent de celui du SPOPO utilisant une non-linéarité d’ordre 2. Ces travaux ouvrent la voie à la réalisation de peignes de fréquences quantiques avec des micro-résonateurs en anneau gravés sur silicium. Un autre problème examiné est celui de prendre en compte l’information temporelle obtenue lors du clic d’un détecteur de photon unique. Pour cela nous utilisons un formalisme multimodal temporel afin d’expliciter les opérateurs décrivant la mesure. Les principaux défauts des détecteurs réels, dont la gigue temporelle, l’efficacité finie et les coups d’obscurité sont pris en compte. L’utilisation des opérateurs est illustrée par la description d’expériences usuelles de l’optique quantique. Enfin, on montre que la lecture du temps de clic du détecteur permet d’améliorer la qualité de l’état généré par une source de photons annoncés. En troisième partie nous présentons un schéma de génération d’intrication hybride entre variables continues et discrètes, pour laquelle la partie discrète est encodée temporellement. Ce schéma est analysé en détail vis-à-vis de sa résistance aux imperfections expérimentales.
Nous présentons la génération d'états intriqués en variables continues multimodes présentant des corrélations spatio-spectrales non classiques. Ces états sont produits à un taux de 156 MHz par génération paramétrique spontanée (SPDC) en simple-passage dans un cristal de bêta-barium borate (BBO) pompé par un peigne de fréquences optiques et suivant une configuration non-colinéaire. Les états produits sont les briques élémentaires d'états quantiques hautement intriqués appelés états cluster en rail, essentiels à la mise en place de protocole de calcul quantique basé sur la mesure successive des modes d'un cluster (MBQC). Nous caractérisons les états par avec une détection homodyne mode-sélective pour mettre en évidence la structure multimode de la lumière paramétrique. En raison de la configuration de l'expérience, les états générés sont hautement multimodes spatialement et spectralement et présentent un faible niveau de squeezing par mode, i.e. juste au dessus de la résolution de notre détecteur. Comme le squeezing est une ressource importante pour la MBQC, nous avons développé un nouveau montage de SPDC avec des guides d'onde en titanyl phosphate de potassium de nonlinéarité périodiquement inversée (PPKTP) pour remplacer le cristal de BBO. Grâce à la nonlinéarité plus élevée du KTP, le confinement de la lumière dans le guide et l'emploi de la technique de quasi-phase matching, le niveau de squeezing par mode devrait être augmenté. Dans le même temps, nous avons travaillé à développer un détecteur homodyne de grande bande passante fonctionnant avec de la lumière pulsée, afin de pouvoir effectuer des mesures homodynes impulsion par impulsion.