Communications multipartites sur réseaux quantiques

Multipartite communications over quantum networks

• Auteur / Autrice : Clément Meignant
• Direction : Damian J. H. Markham, Frédéric Grosshans
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIP6 (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Maria Potop-Butucaru
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Simon Perdrix
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Wolfgang Dür, Mio Murao

Mots clés

Mots clés contrôlés

Intrication quantique

Optique quantique

Cryptographie quantique

Théorie de l'information quantique

Mots clés libres

Quantique

Communication

Réseaux

Information

Multipartite

Intrication

Quantum

Communication

Networks

Information

Multipartite

Entanglement

Résumé

Le domaine des réseaux quantiques est actuellement un champ d'investigation majeur dans les technologies quantiques. Des recherches sont en cours à tous les niveaux. L'un des actes les plus simples de la communication quantique, la distribution d'un état unique bipartite intriqué, a été très étudié car il s'agit d'un problème simple à caractériser, simuler et mettre en œuvre. Il est également utile pour une application importante des réseaux quantiques : la distribution sécurisée d'une clé cryptographique. Cependant, l'utilisation des réseaux quantiques va bien au-delà, dans le domaine multipartite. Dans ce manuscrit, nous étudions d'abord le recyclage de ressources précédemment distribuées dans le régime asymptotique par l'utilisation du peignage d'intrication et de la fusion d'états quantiques. Ensuite, nous caractérisons la distribution des états quantiques en utilisant le formalisme du réseau tensoriel. Nous caractérisons également une large classe de protocoles de distribution classiques et utilisons cette similitude pour comparer la distribution des corrélations classiques sur les réseaux classiques à la distribution des états quantiques sur les réseaux quantiques. Enfin, nous mettons en œuvre les protocoles précédents dans un cadre plus réaliste et participons à l'élaboration de fonctionnalités multipartites pour un simulateur de réseau quantique : QuISP. Nous avons également cherché à vulgariser et à diffuser les notions d'information quantique auprès d'un large public. Nous rendons compte de la création d'un jeu vidéo basé sur l'optique quantique, s'ajoutant à la vulgarisation ludographique existante.

The field of quantum networks is currently a major area of investigation in quantum technologies. One of the simplest acts of quantum communication, the distribution of a single bipartite entangled state, has been highly studied as it is a simple problem to characterize, simulate and implement. It is also useful for a prominent quantum network application: the secured distribution of a cryptographic key. However, the use of quantum networks goes far beyond. We need to study the simultaneous distribution of multipartite states over quantum networks. In this manuscript, we report on several works of progress in the domain. We first study the recycling of previously distributed resources in the asymptotic regime by the use of entanglement combing and quantum state merging. Then, we characterize the distribution of quantum states using the tensor network formalism. We also characterize a broad class of classical distribution protocols by the same formalism and use this similarity to compare the distribution of classical correlations over classical networks to a the distribution of quantum state over quantum networks. We also build protocols to distribute specific classes of states over quantum networks such as graph states and GHZ states by using the graph state formalism and a bit of graph theory. Finally, we implement the previous protocols in a more realistic setting and participate in the elaboration of multipartite features for a quantum network simulator: QuISP. We also aimed to popularize the notions of quantum information to a broad audience. We report on the creation of a video game based on quantum optics, adding to the existing popularization ludography.