Dispositifs paramétriques pour la manipulation d'états quantiques optiques – PARADHOQS

Ces dernières années, un nombre considérable de travaux théoriques envisagent la possibilité de concevoir de nouvelles fonctionnalités pour l'optique quantique. Dans ce cadre, les dispositifs photoniques seront primordiaux pour manipulation les états quantiques de la lumière. Sans doutes, la nature quantique de la lumière pourra être manipulée principalement par la lumière même. Notre nouvelle équipe souhaite réaliser d'un point de vue expérimental une interface quantique capable de convertir la longueur d'onde d'un état quantique optique tout en préservant son information associée. Ces dispositifs seront utiles dans le domaine de l'information et de la communication quantique. Étant donné que les fibres optiques permettent le multiplexage de longueur d'onde, le pouvoir manipuler librement la longueur d'onde porteuse des q-bits peut simplifier les systèmes et peut augmenter également leur capacité. L'autre raison profonde pour étudier la conversion quantique de longueur d'onde est le fait que les modes intriqués à des fréquences différentes représentent un degré de liberté supplémentaire, autre que la polarisation, le moment angulaire et le l'intervalle de temps , pour la transmission de l'information quantique. La conversion de longueur d'onde entre modes fréquentiels possède la même fonction de transfert mathématique que celle d'une séparatrice pour les modes de différents vecteurs d'onde. La conversion de longueur d'onde des états quantiques sera donc utile pour standardiser et simplifier l'élaboration des signaux. Elle permettra en même temps l'exploitation de toute la fenêtre de transparence des fibres aux longueurs d'ondes télécom. Cette forme de conversion de longueur d'onde pourra être vue comme un générateur d'états quantiques plus complexes dans un espace de Hilbert de dimension plus grande. Cela impliquera une simplification des implémentations pratiques des protocoles quantiques. On se propose d'exploiter le mécanisme de mélange à quatre ondes dans les fibres pour convertir la longueur d'onde porteuse d'un état quantique en tout préservant ses propriétés de corrélation. L'état quantique des photons est une propriété assez fragile qui peut être facilement perdue dans une ligne de communication fibrée. L'action d'une interface quantique est de préserver l'information tout en évitant la décohérence et les pertes. C'est pourquoi il est souhaitable de manipuler les états quantiques des photons au sein même de la fibre. On utilisera un cas particulier de mélange à quatre photons non dégénéré : le signal pourra être converti en idler à l'aide de deux pompes ayant deux longueurs d'ondes différentes. Ce procès est ci appelé mélange à quatre ondes à modes couplées. En ce projet on exploitera cette particulière forme de couplage pour la conversion quantique de longueur d'onde. Ce couplage de modes à une vraisemblance conceptuelle avec la génération de fréquence somme dans les cristaux à non linéarité de deuxième ordre : la conversion de fréquence d'un signal à un idler peut avoir lieu en absence de bruit spontanée. Cette forme de conversion paramétrique est donc une candidate idéale pour la conversion de longueur d'onde des états quantiques. Malgré tout, l'analyse théorique est encore basée sur des hypothèses simplifiées. On envisage en ce projet d'évoluer la théorie et de pouvoir mener des expériences de conversion de photons corrélés en fibre qu'on été jamais tentées auparavant. Les enjeux sont la conversion de longueur d'onde à faible flux de photons, la manipulation des états quantiques, la préparation et la transmission en fibre d'états quantiques à haute complexité. Cette science est à son début dans les fibres optiques. L'ambition la plus grande de ce projet serait de prouver expérimentalement la conversion accordable de longueur d'onde de photons corrélés où intriqués