Intrication temporelle et communication quantique

La communication quantique est l'art de transférer un état quantique d'un endroit à un autre et l'étude des tâches que cela permet d'accomplir. Cette thèse présente des avancées technologiques et théoriques appliquées à la communication quantique dans un contexte réaliste avec essais sur le terrain. Ceci a été réalisé à l'aide d'une transmission de l'information quantique par une fibre optique déployée dans un environnement urbain. Les innovations présentées élargissent le champ d'application de l'intrication temporelle à travers l'élaboration de nouvelles méthodes pour manipuler l'encodage temporel, d'un nouveau modèle de caractérisation d'une source de paires de photons, de nouvelles façons d'étudier la non-localité et de l'élaboration et la première réalisation d'un nouveau protocole de pile ou face quantique tolérant aux pertes. Manipulation de l'encodage temporel Le photon unique est un excellent véhicule avec lequel un qubit, l'unité fondamentale de l'information quantique, peut être encodé. En particulier, l'encodage temporel de qubits photoniques est bien adapté à la transmission par fibre optique. Avant les travaux de cette thèse, le champ d'application de cet encodage était limité par l'absence de méthodes réalisant opérations et mesures arbitraires. Nous avons éliminé cette restriction et proposé les premières méthodes permettant de réaliser une opération arbitraire et déterministe sur un qubit temporel ainsi qu'une mesure dans une base arbitraire. Nous avons appliqué ces propositions au cas spécifique du calcul quantique basé sur la mesure et sur l'optique linéaire et montré comment réaliser les opérations en aval essentielles à cette approche. Ceci ouvre la voie vers la création d'un ordinateur quantique basé sur l'optique, mais également à de nouvelles tâches en communication quantique. Caractérisation de sources de paires de photons La communication quantique expérimentale nécessite la création de photons uniques et de paires de photons intriqués. Ces deux ingrédients peuvent être obtenus à partir d'une source de paires de photons basée sur un processus non-linéaire spontané. Plusieurs tâches en communication quantique nécessitent une connaissance précise des propriétés de la source utilisée. Nous avons développé et démontré expérimentalement une nouvelle méthode simple et rapide permettant de caractériser une source de paires de photons. Cette méthode est particulièrement bien adaptée à un contexte de transmission sur le terrain où les conditions expérimentales, telles que la transmittance d'un canal, peuvent fluctuer, et où la caractérisation de la source doit être faite en temps réel.