Ingénierie d'états quantiques multimodes avec des impulsions femtosecondes

par Adrien Dufour

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Claude Fabre et de Nicolas Treps.

Soutenue le 02-10-2018

à Sorbonne université , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....) , en partenariat avec Laboratoire Kastler Brossel (Paris) (laboratoire) .

Le président du jury était Agnès Maître.

Le jury était composé de Thomas Coudreau.

Les rapporteurs étaient Virginia D'Auria, Juan Ariel Levenson.


  • Résumé

    Cette thèse a pour ambition de préparer des états de la lumière dotés de caractéristiques nouvelles et désirables en utilisant les propriétés des peignes de fréquences appliquées à l'optique quantique multimode. Un des avantages de l'optique femtoseconde vient du caractère hautement multimode des peignes de fréquence, qui permet notamment de créer du vide comprimé multimode. La répartition des ressources quantiques entre ces différents modes étant d'importance, nous avons étudié une manière de la contrôler grâce à une mise en forme spectrale du faisceau de pompe de l'oscillateur paramétrique optique. Nous montrons qu'une détection homodyne multipixel est un outil d'analyse indispensable. Pour une répartition modale donnée, il est possible de modifier l'état quantique qui la peuple. Une modification désirable est la dégaussification de la fonction de Wigner, que nous implémentons au moyen d'une soustraction de photon. Outre la possibilité de dégaussifier l'état dans un mode, notre dispositif permet également de soustraire un photon dans une superposition cohérente de supermodes, ce qui est nouveau. De plus, nous pouvons choisir librement le mode dans lequel la soustraction a lieu. Cette versatilité permet de créer de nouveaux types d'états, par exemple lorsque l'on soustrait dans les nœuds d'un canevas quantique (aussi appelé état cluster). En particulier, nous pouvons créer des états présentant de l'intrication inhérente entre les modes, c'est-à-dire une intrication qui ne peut pas être défaite par changement de base.

  • Titre traduit

    Engineering of Mutimode Quantum States with Femtosecond Pulses


  • Résumé

    This thesis' purpose is to prepare multimode quantum states with new properties, taking advantage of the frequency combs' capabilities applied to quantum optics. One of those capabilities is their highly multimode nature, which makes us able to generate multimode states, such as the multimode squeezed vacuum generated in our lab with an frequency-comb-pumped OPO. In order to control the way the squeezed vacua spread over the modes of the comb, we performed the spectral pulse shaping of the pump beam. We show that multimode homodyne detection is an essential analysis tool and pave the way for its implementation. With a set of given modes, it is also possible to alter the quantum state itself. Specifically, the Wigner function can be made non-gaussian by a photon subtraction. We applied the multimode photon subtraction and we generated for the first time a multimode photon-subtracted squeezed vacuum with more than 2 modes. We report negativity of the Wigner function. Our photon subtraction scheme is mode selective, which allowed us to subtract in a coherent superposition of modes. We applied it on cluster states (highly entangled multimode states), creating states than exhibit inherent entanglement : entanglement that can not be unknotted by a linear transformation such as a change of basis.


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