Réseau quantique en Ile de France

Entanglement-based networks in Paris Region

• Auteur / Autrice : Iliana Tsoni
• Direction : Julien Laurat, Eleni Diamanti
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2025
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Kastler Brossel

Mots clés

Mots clés libres

Optique non-linéaire

Optique quantique

Réseau quantique

Non-linear optics

Quantum optics

Quantum network

Résumé

Dans le contexte des communications quantiques, une branche de la recherche vise à créer ce qu'on appelle un Internet Quantique. La création d'un Internet Quantique permettrait le transfert sécurisé d'informations sur de longues distances de manière inconditionnellement sécurisée. Au cœur de cette architecture se trouve le concept de répéteur quantique. Il consiste à diviser un canal de communication entre deux nœuds en plusieurs segments plus courts sur lesquels l'intrication peut être fidèlement distribué. Les segments adjacents sont ensuite reliés par des opérations de swapping. Un large effort est actuellement consacré à démontrer les premiers liens d'intrication pouvant être mis à l'échelle pour de grands réseaux. Cette approche nécessite des mémoires quantiques, qui permettent de stocker des états quantiques à chaque nœud intermédiaire. Elle nécessite également le développement de sources photoniques très spécifiques permettant de connecter ces mémoires aux infrastructures de télécommunications. Enfin, des réseaux dédiés sont nécessaires pour développer ces premiers tests déployés. Compte tenu des capacités et infrastructures déployées, le projet vise à démontrer des liens d'intrication entre la mémoire située au LKB et les photons telecom transférés au laboratoire LIP6, puis à l'extension en dehors du campus dans le réseau disponible en région parisienne. Le projet nécessitera de tester les infrastructures de télécommunications déployées et de développer la stabilisation de phase requise. Il nécessitera également une première preuve de concept au LKB pour la combinaison de la mémoire avec la source de paires de photons.

In the broad context of quantum communications, one stream of research aims at eventually creating a so-called Quantum Internet1. Among other applications, ranging from extending the baseline of telescopes to clock synchronization and sensor networks, the creation of a Quantum Internet would enable long-distance unconditionally secured information transfer. Central to this endeavor is the concept of quantum repeater. It consists in dividing a communication channel between two end nodes into various shorter segments over which entanglement can be faithfully distributed. Adjacent segments are then connected by swapping operations. A great effort is now dedicated to demonstrating first entanglement links that can be scaled to large networks. This approach requires quantum memories, which enable quantum states to be stored at each intermediate node. It also requires the development of very specific photonic sources enabling to connect such atom-based memories to telecom infrastructures. Finally, dedicated networks are necessary to develop these first deployed tests. Given these capabilities and deployed infrastructure, the project will aim at demonstrating entanglement links between the memory located at LKB and the telecom photons transferred at the LIP6 lab, and then the extension outside the campus in the ParisRegion network. The project will require to test the deployed telecom infrastructures, and to develop the required phase stabilization. It will also require first proof-of-concept inside the LKB lab of the combination of the memory with the photon-pair source.