Capteur Quantique à Fibre Optique – QAFEINE

Les capteurs à fibre optique représentent aujourd’hui une solution largement répandue dans de nombreux domaines d’application militaires (navigation, sonars) et civils (mesures de contraintes, de température). En terme de performance pure, ce sont aujourd’hui les dispositifs interférométriques qui font office de référence, grâce notamment à des puissances élevées et des sources laser très faible bruit. Cependant, la combinaison de ces deux paramètres se heurte aujourd'hui à d'inéluctables effets non-linéaires dans les fibres monomodes, et qui "saturent" les performances des capteurs interférométriques. La maitrise de ces effets non-linéaires est donc l’un des principaux défis dans la conception des capteurs fibre optique de nouvelle génération.

Aussi, alors que l’intrication est une ressource importante dans le traitement quantique de l’information ou de calcul quantique, l’utilisation des corrélations présentes dans les états ”intriqués” photoniques est relativement nouvelle dans le domaine des capteurs fibre optique et des capteurs interférométriques en particulier. Le recours à l’intrication photonique est pourtant clairement une alternative à cet écueil des effets non-linéaires dans les fibres. Grâce à des puissances optiques bien inférieures à celles des interféromètres classiques, la mise en œuvre de capteurs quantiques fibres optiques constitue donc une sérieuse alternative à toutes les technologies actuelles.

L’enjeu de QAFEINE est donc de réussir à mettre en œuvre un capteur quantique à fibre optique dont les performances tendent vers celle des dispositifs actuels classiques (µrad/sqrt(Hz) mais en utilisant des puissances optiques extrêmement faibles.

En combinant l’expertise d’INPHYNI sur les sources de photons intriqués et la métrologie quantique d’une part, et l’expertise de TRT-Fr sur la conception d’architectures innovantes de capteurs à fibre optiques pour la détection d’ondes acoustiques, et pour la navigation d’autre part, l’objectif de QAFEINE est double :
- Concevoir une architecture de capteur fibre optique quantique (CQFO) qui répond à des applications duales et dont le principe est l’interférence entre des paires de photons intriqués à des longueurs d’onde télécoms.
- Améliorer fortement les performances de ce CQFO en terme de longueur de capteur, de niveau de puissance optique requise, et de bande passante, en optimisant l’état quantique intriqué qui permet de sonder le capteur (intrication en énergie temps, et/ou en polarisation).

Cette optimisation de l’état quantique photonique en vue d’améliorer les performances des CQFO est une problématique forte et encore non-résolue du domaine des capteurs quantiques en général. Elle est donc centrale dans QAFEINE.

En outre, ce projet permettra de comparer les performances d’un même dispositif sondé avec une lumière classique ou avec un état intriqué quantique. Ce projet permettra donc d’apporter des réponses quantitatives et expérimentales sur les cas concrets applicatifs pour lesquels certains états photoniques quantiques optimisés permettent d’envisager une alternative aux états classiques de la lumière dans le domaine en pleine expansion des capteurs fibres optique.

A plus long terme, ce projet permettra donc de concevoir des capteurs de nouvelle génération pour des applications duales (navigation, sonar, etc…) et pour lesquels une maitrise absolue du niveau et de la forme d’intrication photonique est essentielle.

Les avancées démontrées dans le cadre de ce projet pourront bénéficier, très directement, aux systèmes d’écoute sous-marine et de navigation développés par Thales, au sein des divisions DMS (Defence Mission Systems) et AVS (AVionic Systems). Les concepts étudiés ainsi que les composants identifiés pour des développements futurs pourront également contribuer à l’amélioration des systèmes de communication quantique, au cœur des préoccupations de Thales SIX et Thales Alenia Space, par exemple.