Tomographie par trajectoires d'états délocalisés du champ micro-onde de deux cavités

Trajectory tomography of delocalized states of two microwave cavities

• Auteur / Autrice : Valentin Métillon
• Direction : Michel Brune
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique quantique
• Date : Soutenance le 12/11/2019
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Kastler Brossel (Paris ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Agnès Maître
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Brune, Agnès Maître, Olivier Buisson, Christian F. Roos, Klaus Mølmer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Buisson, Christian F. Roos

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théorie quantique

Mots clés libres

Électrodynamique quantique en cavité

Atomes de Rydberg

Tomographie d'états quantiques

Trajectoires quantiques

États noon

Intrication

Décohérence

Mesure QND

Cavity quantum electrodynamics

Rydberg atoms

Quantum state tomography

Quantum trajectories

Noon states

Entanglement

Decoherence

QND measurement

Résumé

La reconstruction d'états quantiques, ou tomographie, joue un rôle central dans les technologies quantiques, afin de caractériser les opérations effectuées et d'extraire de l'information sur les états résultats de traitements d'information quantique. Les méthodes répandues de tomographie reposent généralement sur des mesures idéales, effectuées une seule fois sur chaque préparation de l'état d'intérêt. Dans ce travail, nous utilisons une nouvelle méthode, appelée tomographie par trajectoires, qui consiste à enregistrer, pour chaque réalisation de l'état, la trajectoire quantique suivie par le système à l'aide d'une série de mesures successives du système, en présence d'imperfections expérimentales et de décohérence. On extrait alors plus d'information sur l'état à reconstruire et on est capable, à partir d'un ensemble de mesures accessibles données, de créer des mesures plus générales. À l'aide des techniques de l'électrodynamique quantique en cavité, nous avons préparé des états intriqués de photons micro-onde délocalisés sur deux modes distants. Nous avons ensuite reconstruit ces états par tomographie par trajectoires, dans un espace de Hilbert de grande dimension. Nous montrons que cette méthode permet de reconstruire l'état, de développer des stratégies de mesure adaptées pour accélérer l'extraction d'information sur les cohérences quantiques d'intérêt et qu'elle fournit une estimation de l'incertitude sur les coefficients de la matrice densité reconstruite.

Quantum state estimation, or tomography, is a key component of quantum technologies, allowing to characterise quantum operations and to extract information on the results of quantum information processes. The usual tomography techniques rely on ideal, single-shot measurements of the unknown state. In this work, we use a new approach, called trajectory quantum tomography, where the quantum trajectory of each realization of the state is recorded through a series of measurements, including experimental imperfections and decoherence. This strategy increases the extracted amount of information and allows to build new measurements for a set of feasible measurements.Using the tools of cavity quantum eletrodynamics, we have prepared entangled states of microwave photons spread on two separated modes. We have then performed a trajectory tomography of these states, in a large Hilbert space. We have proved that this method allows to estimate the state, to develop faster strategies for extracting information on specific coherences of the state and to compute error bars on the components of the estimated density matrix.