Mesures et états non-gaussiens en information quantique

par Olivier Morin

Thèse de doctorat en Physique Quantique

Sous la direction de Julien Laurat.

Soutenue en 2013

à Paris 6 .

mots clés

• Optique quantique
• Intrication quantique
• Photons

Résumé

Dans ce travail de thèse nous nous sommes intéressés à une catégorie particulière des états quantiques de la lumière : les états non-gaussiens. Ces états, quand ils sont purs, ont la particularité de pouvoir présenter des fonctions de Wigner à valeurs négatives. Cette propriété très particulière est indispensable pour réaliser des opérations de calcul quantique mais trouve aussi des applications variées comme la métrologie. Différentes stratégies peuvent être utilisées pour générer de tels états. Ici, es ressources initiales sont des états dit gaussiens produits par des oscillateurs paramétriques optiques en régime continu, (i. E. Vide comprimé bi-mode et mono-mode). Le caractère non-gaussien ne peut être obtenu que par des phénomènes non-linéaires (hamiltonien sur-quadratique). Dans notre cas, la non-linéarité est induite par des mesures basées sur le comptage de photon (aussi appelées mesures non-gaussiennes). Cette étude est principalement divisée en deux parties. Tout d’abord, la génération d’états non-classiques correspondants à deux types d’encodages de qubits : le photon unique, utilisé en variables discrètes, et la superposition d’états cohérents (chat de Schrödinger optique), utilisé en variable continue. Ces deux états ont ensuite été utilisés pour mettre en œuvre deux protocoles d’information quantique. Le premier porte sur un témoin d’intrication en photon unique, l’autre sur la génération d’intrication entre deux types d’encodages (aussi appelé intrication hybride).

Titre traduit

Measures and non-Gaussian states in quantum information

Résumé

In this PhD work we have taken interest in a specific class of quantum states of light: the non-Gaussian states. These states have the particularity of having Wigner functions with some negative values. This quantum feature is a necessary condition to perform some quantum computation task; furthermore it is also useful for various other applications for instance metrology. Different strategies can be used to generate these states. Here, we start from Gaussian states produced by optical parametric oscillators in the continuous wave regime, (i. E. Single-mode and two-mode squeezed vacuum states). The non-Gaussian feature can only be obtained by non-linear phenomena (over-quadratic Hamiltonian). In our case, the non-linearity is induced photon-counting based measurements (also called non-Gaussian measurements). This study is mainly divided into two parts. First the generation of non-classical states associated with two types of qubits encoding: the single-photon state, used for discrete variables, and the coherent states superposition (the so-called optical Schrodinger cat state), used for continuous variables. These two states have been then used to perform some quantum information protocols. The first one address the problem of single-photon entanglement witness, and the other the generation entanglement between the two encodings (also called hybrid entanglement).