États quantiques multimodes à variables continues aux longueurs d'onde de télécommunication pour les réseaux quantiques Le but de cette thèse est le montage d'une source d'états comprimés du vide multimode aux longueurs d'ondes utilisées pour les télécommunications. Pour ce faire, nous utilisons la conversion paramétrique descendante en simple passage d'un peigne de fréquence dans le proche infrarouge à l'aide d'un guide d'onde ppKTP de type-0. Cette méthode possède beaucoup d'avantages, tout d'abord la production est totalement déterministe ce qui lui offre beaucoup de fiabilité. D'autre part, elle ne nécessite aucun système de cryogénie pour fonctionner. Enfin, elle a été construite à l'aide d'éléments d'optique intégrée (guide d'onde) ce qui laisse à imaginer une intégration sur une puce photonique. Le choix de la longueur d'onde pour les télécommunications n'est pas un hasard non plus, étant donné notre volonté future de transmettre cette source avec le moins de pertes possibles. Nous présentons les résultats du montage et de la caractérisation mode-à-mode de la source allant jusqu'à la production de canevas quantiques. Plus précisément, nous montrons la présence de plus de 20 modes et un degré de compression du vide dans le premier mode supérieur à 2.5dB. En parallèle, nous présentons une proposition expérimentale pour aller vers une application directe de cette source pour des protocoles de cryptographie quantique à variables continues. Enfin, une étude plus théorique est réalisée sur le routage dans les canevas quantiques à structures complexes.
États quantiques multimodes à variables continues aux longueurs d'onde de télécommunication pour les réseaux quantiques Le but de cette thèse est le montage d'une source d'états comprimés du vide multimode aux longueurs d'ondes utilisées pour les télécommunications. Pour ce faire, nous utilisons la conversion paramétrique descendante en simple passage d'un peigne de fréquence dans le proche infrarouge à l'aide d'un guide d'onde ppKTP de type-0. Cette méthode possède beaucoup d'avantages, tout d'abord la production est totalement déterministe ce qui lui offre beaucoup de fiabilité. D'autre part, elle ne nécessite aucun système de cryogénie pour fonctionner. Enfin, elle a été construite à l'aide d'éléments d'optique intégrée (guide d'onde) ce qui laisse à imaginer une intégration sur une puce photonique. Le choix de la longueur d'onde pour les télécommunications n'est pas un hasard non plus, étant donné notre volonté future de transmettre cette source avec le moins de pertes possibles. Nous présentons les résultats du montage et de la caractérisation mode-à-mode de la source allant jusqu'à la production de canevas quantiques. Plus précisément, nous montrons la présence de plus de 20 modes et un degré de compression du vide dans le premier mode supérieur à 2.5dB. En parallèle, nous présentons une proposition expérimentale pour aller vers une application directe de cette source pour des protocoles de cryptographie quantique à variables continues. Enfin, une étude plus théorique est réalisée sur le routage dans les canevas quantiques à structures complexes.
Le but de cette thèse est le montage d'une source d'états comprimés du vide multimode aux longueurs d'ondes utilisées pour les télécommunications. Pour ce faire, nous utilisons la conversion paramétrique descendante en simple passage d'un peigne de fréquence dans le proche infrarouge à l'aide d'un guide d'onde ppKTP de type-0. Cette méthode possède beaucoup d'avantages, tout d'abord la production est totalement déterministe ce qui lui offre beaucoup de fiabilité. D'autre part, elle ne nécessite aucun système de cryogénie pour fonctionner. Enfin, elle a été construite à l'aide d'éléments d'optique intégrée (guide d'onde) ce qui laisse à imaginer une intégration sur une puce photonique. Le choix de la longueur d'onde pour les télécommunications n'est pas un hasard non plus, étant donné notre volonté future de transmettre cette source avec le moins de pertes possibles. Nous présentons les résultats du montage et de la caractérisation mode-à-mode de la source allant jusqu'à la production de canevas quantiques. Plus précisément, nous montrons la présence de plus de 20 modes et un degré de compression du vide dans le premier mode supérieur à 2.5dB. En parallèle, nous présentons une proposition expérimentale pour aller vers une application directe de cette source pour des protocoles de cryptographie quantique à variables continues. Enfin, une étude plus théorique est réalisée sur le routage dans les canevas quantiques à structures complexes.
Ressources quantiques à variable continue aux longueurs d'onde de télécommunication Les réseaux quantiques à variables continues constituent une ressource précieuse pour un large éventail de protocoles de communication et de traitement de l'information quantiques. Le multiplexage en fréquence et le multiplexage temporel rapide permettent la mise en œuvre d'architectures quantiques évolutives, dans ce cadre une caractérisation précise des sources de lumière comprimée multimode est essentielle. Dans ce travail, nous augmentons à la fois la résolution spectrale et les valeurs de compression mesurées. Ces deux paramètres sont déterminants pour l'amélioration de la génération des états dits cluster, une ressource clé pour le calcul quantique basé sur la mesure. Notre source repose sur la conversion paramétrique descendante dans un guide d'onde en PPKTP, pompé par un laser pulsé. La source génère des états comprimés sur un ensemble spécifique de spectres optiques. L'augmentation de la résolution spectrale dans une détection homodyne résolue spectralement nous a permis d'améliorer la compression par mode spectral, en la faisant passer de 1 dB à plus de 2,4 dB dans le premier mode, lors de mesures effectuées avec un détecteur homodyne de largeur de bande de quelques MHz. Dans un second temps, nous avons mis en œuvre une caractérisation impulsion par impulsion de la ressource à l'aide d'un détecteur homodyne rapide dont la bande passante électronique est de l'ordre du taux de répétition du laser (100 MHz). Cette approche a permis de mettre en évidence des valeurs de compression allant jusqu'à 1,5 dB dans les premiers modes spectraux. Afin d'accéder pleinement à la ressource quantique multimode et, à terme, d'augmenter le niveau de compression mesuré, une efficacité quantique élevée est requise. Pour éviter les limitations dues à un mauvais recouvrement spatial entre la ressource quantique et l'oscillateur local en détection homodyne, nous avons mis en place un schéma de façonnage du front d'onde permettant de caractériser et de contrôler à la fois le profil d'intensité et la phase de l'oscillateur local. Lors de tests préliminaires, cette approche a permis d'augmenter le recouvrement entre le faisceau de référence et le signal quantique de plus de 8 %, tout en fournissant simultanément une caractérisation détaillée de la forme du faisceau et de l'influence de la transmission du guide d'onde sur le profil du faisceau. Pour obtenir un avantage réel en traitement de l'information quantique par rapport aux protocoles classiques, la génération d'états non gaussiens est nécessaire. Nous présentons donc un schéma complet pour la création d'états non gaussiens dans un système multimode par addition et soustraction sélectives d'un photon, mises en œuvre via des processus optiques non linéaires dans des matériaux non linéaires du second ordre. Nous introduisons un cadre de simulation appliqué à notre source de compression, qui peut également être adapté à d'autres régimes. Sur la base de ce cadre, nous sommes en mesure de prédire des configurations spécifiques de guides d'onde permettant un contrôle complet des états quantiques générés tout en conservant une pureté élevée, chaque processus présentant un nombre de Schmidt proche de K=1, correspondant à un adressage effectif monomode.
Multiplexage temporel et fréquentiel pour les réseaux quantiques à variables continues Les champs de lumière quantique multimode ont émergé en tant qu'outil prometteur pour la génération d'états intriqués multipartites, aussi appelés états cluster, et pour l'avancement des technologies de l'information quantique à variables continues (CV). Dans notre approche, les nœuds du réseau intriqué représentent des modes temporels/fréquentiels du champ électromagnétique, tandis que les liens correspondent à des corrélations d'intrication adaptées. Dans cette thèse, nous démontrons la génération d'états comprimés multimodes qui sont multiplexés à la fois dans le domaine temporel et spectral. Notre configuration est basée sur une série d'impulsions ultracourtes qui alimentent un processus de conversion paramétrique descendante spontanée dans un guide d'ondes non linéaire périodiquement polarisé de KTP. Dans ce contexte, nous avons produit le plus grand nombre de modes spectraux de vide comprimé mesurés par détection homodyne dans une configuration à passage unique. De plus, nous avons effectué des mesures impulsion par impulsion, confirmant l'existence de la structure spectrale multimode au niveau de l’impulsion individuelle ; ceci ouvre la voie à la génération de structures intriquées au taux de répétition du laser. Alors que le multiplexage temporel a déjà permis la génération des plus grands états de cluster CV, la compression multimode dans les modes spectraux d'une source femtoseconde offre une reconfigurabilité complète du réseau d'intrication. En plus de la génération de réseaux intriqués multiplexés, cette thèse explore d'autres types d'applications du traitement de l'information quantique exploitant la lumière comprimée multimode. Le grand nombre de modes pulsés nous permet d'implémenter des marches quantiques sur un graphe à des fins de recherche (de façon analogue à l’algorithme de Grover). De plus, la lumière comprimée multimode a également été exploitée dans ce travail pour étudier le domaine des simulations quantiques, et en particulier pour observer l'émergence d'effets de synchronisation quantique.
Systèmes d'optique quantique pour la cryptographie à longue distance et les réseaux quantiques La thèse est divisée en deux parties : La première partie s'inscrit dans le domaine de la cryptographie quantique. Dans cette partie, nous développons une étude théorique d'un protocole de distribution de clés quantiques (QKD) dans le scénario d'une liaison satellite-station terrestre. Nous considérons l'ajout des fluctuations quantiques du canal et la possibilité de succès du protocole dans le cadre de variables continues dans une implémentation avec des technologies de pointe. Nous montrons la faisabilité de CVQKD dans le contexte du satellite. Dans la deuxième partie, nous construisons, à partir de zéro, une source d'états quantiques de la lumière de type graphe à variables continues en utilisant des guides d'ondes non linéaires. Ces états sont essentiels pour la mise en œuvre de protocoles de communication et de calcul quantique, car ils peuvent être considérés comme des réseaux quantiques. Nous réalisons une étude théorique des états quantiques multimodes de la lumière après l'interaction dans un guide d'ondes non linéaire qui nous aide à concevoir l'expérience. Enfin, nous présentons les résultats expérimentaux qui démontrent les premiers résultats sur la source quantique d'états quantiques de lumière multimode à variation continue, mesurant jusqu'à 11 états de lumière thermique comprimée.
Traitement quantique de l'information dans le domaine des fréquences d'états photoniques quantiques multimodes générés par des sources intégrées aux longueurs d'ondes télécom En information quantique, un encodage sur les degrés de liberté temps et fréquence donne accès à un espace de Hilbert de grande dimension pour les états photoniques ce qui autorise le traitement en parallèle d'un grand nombre de qubits voire de qudits. C'est dans ce cadre que se situe cette thèse sur la génération et la manipulation d'états quantiques photoniques aux longueurs d'onde télécom. Nous présentons trois réalisations. La première est la génération efficace de paires de photons par processus non-linéaire du second et du troisième ordre dans des sources intégrées innovantes : un guide en niobate de lithium sur isolant, en couche mince et à inversion de domaines periodique, et un micro-résonateur en silicium sur isolant possédant un intervalle spectral libre de 21 GHz. La deuxième est le développement de concepts, de modèles et d'optimisations numériques pour la manipulation de qubits et qudits photoniques dans les espaces temps fréquence avec des éléments linéaires. Nous utilisons des filtres programmables (PF) et des modulateurs de phase électro-optiques (EOM). Nous comparons les performances théoriques de portes à 1 qubit pour deux configurations de composants [EOM-PF-EOM] et [PF-EOM-PF] dans les deux types d'encodage temps et fréquence. La troisième est la démonstration expérimentale d'une telle manipulation de qubits fréquentiels issus du microrésonateur en Silicium. Nous utilisons la configuration [EOM-PF-EOM] pour implémenter une porte quantique reconfigurable et accordable. Un seul paramètre variable permet de passer d'une porte identité à une porte Hadamard, ainsi qu'à un continuum de portes intermédiaires. Nous démontrons la parallélisation de 34 de ces portes appliquées à 17 états à deux qubits intriqués en fréquence générés par le résonateur. Nous utilisons ensuite ces portes pour réaliser la tomographie quantique des états intriqués et pour mettre en oeuvre un protocole de distribution de clef quantique basé sur l'intrication des deux photons en fréquence. Nous faisons finalement la démonstration inédite d'un réseau multi-utilisateur sans nœuds sécurisés en encodage fréquentiel. Cette expérience constitue une preuve de principe pour la distribution de clé quantique dans le domaine fréquentiel avec un débit de 2 bits par seconde en simultané pour chacune des paires d'utilisateurs dans un réseau de 5 utilisateurs.
La thèse est divisée en deux parties : La première partie s'inscrit dans le domaine de la cryptographie quantique. Dans cette partie, nous développons une étude théorique d'un protocole de distribution de clés quantiques (QKD) dans le scénario d'une liaison satellite-station terrestre. Nous considérons l'ajout des fluctuations quantiques du canal et la possibilité de succès du protocole dans le cadre de variables continues dans une implémentation avec des technologies de pointe. Nous montrons la faisabilité de CVQKD dans le contexte du satellite. Dans la deuxième partie, nous construisons, à partir de zéro, une source d'états quantiques de la lumière de type graphe à variables continues en utilisant des guides d'ondes non linéaires. Ces états sont essentiels pour la mise en œuvre de protocoles de communication et de calcul quantique, car ils peuvent être considérés comme des réseaux quantiques. Nous réalisons une étude théorique des états quantiques multimodes de la lumière après l'interaction dans un guide d'ondes non linéaire qui nous aide à concevoir l'expérience. Enfin, nous présentons les résultats expérimentaux qui démontrent les premiers résultats sur la source quantique d'états quantiques de lumière multimode à variation continue, mesurant jusqu'à 11 états de lumière thermique comprimée.