États quantiques multimodes à variables continues aux longueurs d'onde de télécommunication pour les réseaux quantiques

Continuous Variable Multimode Quantum States at Telecommunication Wavelengths for Quantum Networks

• Auteur / Autrice : David Fainsin
• Direction : Valentina Parigi, Mattia Walschaers
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 19/12/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Kastler Brossel (Paris ; 1998-....)
• Jury : Président / Présidente : Damian J. H. Markham
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maria Chekhova, Peter van Loock

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optique quantique

Cryptographie quantique

Circuits intégrés photoniques

Guides d'ondes

Télécommunications

Mots clés libres

Quantique

Optique

Information

Quantum

Optic

Information

Résumé

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.

The goal of this thesis is to build a source of multimode vacuum squeezed states of light at telecommunication wavelength. We achieve this via in a single-pass spontaneous parametric down-conversion of a frequency comb in the near-infrared using a type-0 ppKTP waveguide. This method offers numerous advantages. Firstly, the production is entirely deterministic, providing a high level of reliability. Additionally, it doesn't require any cryogenic systems to operate. Furthermore, it was constructed using integrated optics elements (waveguides), which suggests the potential for integration on a photonic chip. The choice of wavelength for telecommunications is also deliberate, given our future intention to transmit this source with minimal losses. We present the results of the assembly and mode-to-mode characterization of the source, extending to the production of clusters. More specifically, we demonstrate the presence of over 20 squeezed modes and a degree of squeezing in the first mode exceeding 2.5 dB. In parallel, we present an experimental proposal to move towards a direct application of this source for continuous-variable quantum cryptography protocols. Finally, a more theoretical study is conducted on routing in complex cluster states.