DS07 - Société de l'information et de la communication

Triplets pour l'information quantique : Géneration, détection, étude et manipulation – TriQuI

Résumé de soumission

L’histoire de l’optique non linéaire et de l’optique quantique a été marquée par les paires de photons en raison de l’étendue de leurs applications mais aussi parce qu’il s’agit d’un nouvel état quantique de la lumière. Depuis les premiers travaux de conversion paramétrique d’ordre deux qui ont conduit à l’émergence de sources de paires de photons pour des applications en optique classique et quantique, un long chemin a été parcouru grâce au développement d’un formalisme théorique classique et quantique rigoureux qui a orienté les efforts expérimentaux, mais aussi en raison de l’émergence de matériaux optiques non linéaires d’ordre deux de très grande qualité. Pour la génération de triplets de photon (TPG), l’histoire commence à peine. A l’instar des paires de photons, on peut se demander si les triplets de photon pourront, eux aussi, jouer un rôle majeur en optique quantique et non linéaire. Le but de TriQuI est justement de donner des bases solides à ce sujet. La TPG est basée sur une interaction optique non linéaire d’ordre trois, ce qui correspond à la voie la plus directe pour produire de purs états quantiques à 3 photons. Ces états peuvent présenter une intrication quantique d’ordre trois et leur statistique va au-delà de la statistique gaussienne bien connue pour les sources cohérentes et les sources paramétriques à 2 photons, offrant ainsi de nouveaux outils potentiels à la mécanique quantique. Pendant une période de 48 mois, TriQuI, projet de physique à la fois théorique et expérimentale, souhaite apporter des innovations aussi bien pour les matériaux non linéaires que pour les aspects d’optique quantique. Ce projet multidisciplinaire, à la frontière entre ingénierie des matériaux, optique guidée, optique non linéaire et optique quantique, est le fruit de l’interaction entre quatre laboratoires : l’Institut Néel (NEEL), l’Institut Franche-Comté Electronique, Mécanique, Thermique et Optique – Sciences et Technologie (Femto-ST), le Centre pour les Nanosciences et Nanotechnologies (C2N), et le Groupe de Physique Appliquée (GAP) de l’Université de Genève. Les expertises de ces quatre équipes sont absolument complémentaires : design et élaboration des guides (FEMTO-ST), optique non linéaire (NEEL), optique quantique non linéaire (C2N), détection au niveau du photon unique et information quantique (GAP). Ce riche partenariat garantit une approche transversale et une grande synergie, de sorte que le consortium pourra envisager de rapides retours entre l’élaboration des guides d’ondes et leur capacité à générer les 3 photons, ainsi qu’entre les expériences non linéaires et quantiques. Les principaux objectifs du projet TriQuI sont les suivants : 1) le design et l’élaboration de guides d’onde non linéaires en arête, obtenus par sciage dans des cristaux de KTP ou de TiO2, et dont les faces d’entrée et de sortie seront revêtus ou non d’un traitement optique ; 2) le design et la mise en œuvre de TPG spontanée en régime d’oscillation paramétrique optique mais aussi de TPG stimulée en régime non résonant ; 3) le design et la fabrication de détecteurs de photons uniques à base de nanofils supraconducteurs en MoSi ; 4) l’étude théorique et expérimentale des propriétés d’états quantiques à 3 photons, incluant l’évaluation d’applications basées sur l’utilisation des corrélations quantiques et de l’intrication ; 5) l’utilisation du codage temps-énergie pour démontrer les corrélations de Bell et la création de corrélations entre deux photons annoncés par un troisième préalablement déplacé dans l’espace des phases. En conclusion, nous espérons que le projet TriQuI permettra l’élaboration d’un corpus unique de savoir fondamental et d’expériences pour générer et contrôler des états quantiques à 3 photons, qui pourraient alors devenir un nouvel outil pour l’information quantique.

Coordination du projet

Benoit Boulanger (INSTITUT NEEL-CNRS)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

C2N Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
Group of Applied Physics, University of Geneva
INEEL INSTITUT NEEL-CNRS
Femto-St Institut Femto-st

Aide de l'ANR 1 080 607 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2018 - 48 Mois

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