Mémoire quantique de haute efficacité pour la mise en oeuvre de protocoles d'information quantique

par Benjamin Pointard

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Rosa Tualle-brouri.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Ondes et Matière , en partenariat avec Laboratoire Charles Fabry (laboratoire) , Optique quantique (equipe de recherche) et de Institut d'optique théorique et appliquée (Orsay, Essonne) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Si l'on encode un bit d'information sur deux états d'un système quantique, il devient possible de considérer des superpositions quantiques de ces deux états. S'ouvre alors un nouveau domaine, celui de l'information quantique, avec de nombreuses applications allant de la cryptographie au calcul quantique. Ce domaine est en pleine effervescence, et de nombreuses possibilités sont actuellement étudiées pour encoder l'information quantique. La lumière est un support intéressant pour l'information quantique car elle interagit peu avec l'environnement, ce qui explique sa robustesse à la décohérence. Par ailleurs, il existe maintenant des propositions théoriques de protocoles pour implémenter, avec certaines techniques de codage sur des impulsions lumineuses, toutes les portes logiques nécessaires au calcul quantique. Il reste toutefois de nombreuses difficultés expérimentales à résoudre pour exploiter ces protocoles, et de nouveaux outils doivent être développés avant d'envisager de les utiliser. L'objectif de ce travail de thèse sera de coupler une mémoire quantique de haute efficacité, constituée d'une cavité optique de grande longueur (~50m) et d'un dispositif d'insertion/extraction électro-optique à faibles pertes, à une unité de calcul élémentaire. Nous disposerons ainsi d'un processeur quantique qui permettra d'explorer des voies de recherche inenvisageables à l'heure actuelle, avec la génération et l'étude d'états exotiques de la lumière, ainsi que la mise en œuvre de nouveaux paradigmes pour le calcul quantique.

  • Titre traduit

    High efficiency quantum memory for the implementation quantum information protocols


  • Résumé

    Encoding a bit of information on two states of a quantum system opens the possibility to consider quantum superpositions of these states. A new field then emerges, the quantum information science, with many applications from cryptography to quantum computing. This field is booming, and a lot of possibilities are currently studied to encode quantum information. Light is an interesting carrier for quantum information as it has a very low interaction with the environment, leading to a high robustness to decoherence. Moreover, there are now theoretical proposals for protocols to implement, with specific encoding techniques on light pulses, all the basic logical gates required for quantum computing. There are, however, many experimental issues to be solved in order to exploit these protocols, and new tools have to be developed before considering using them. The aim of this thesis work will be to couple a high efficiency quantum memory, consisting of a long optical cavity (~50m) and of a low-loss electro-optic insertion/extraction device, to an elementary computing unit. We will thus have a basic quantum processor that will allow exploring ways of research that cannot be envisaged at the present time, with the generation and study of exotic states of light, and with the implementation of new paradigms for quantum computing.