optique intégrée pour les communications quantiques
DESCRIPTION
Optique Intégrée pour les Communications Quantiques. Laboratoire de Physique de la Matière Condensée. J.-Sébastien TANZILLI. Directeur : D.B. Ostrowsky. Plan de l’exposé. Introduction et Motivations Les guides PPLN Rappels et cahier des charges. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/1.jpg)
![Page 2: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/2.jpg)
Optique Intégrée pour les Communications Quantiques
J.-Sébastien TANZILLI
Laboratoire de Physique de la Matière Condensée
Directeur : D.B. Ostrowsky
![Page 3: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/3.jpg)
Plan de l’exposé
I. Introduction et Motivations
II. Les guides PPLNRappels et cahier des charges
III.Efficacité de la conversion paramétrique en mode comptage de coïncidences
IV.Le degré d’intricationExpériences d’interférométrie quantique
![Page 4: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/4.jpg)
I. Introduction et Motivations
Les Communications Quantiques
&
La source de paires de photons idéale
![Page 5: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/5.jpg)
Les Communications Quantiques
Utiliser les propriétés caractéristiques de la MQ pour transmettre une information
• Distribution Q de clé (QKD) à photon unique
Théorème de Heisenberg sécurité
• Téléportation d’état, QKD à paires de photons
L’intrication corrélation Q
![Page 6: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/6.jpg)
Impossibilité de décrire indépendamment2 systèmes séparés spatialement
Non factorisable fortes corrélations quantiques
Intrication
1,2 2 11 2
1
2
L’observable polarisation
1 2S
![Page 7: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/7.jpg)
p s i p s ik k k
+ Émission quasi simultanée
La Conversion Paramétrique Optique
Intrication énergie-temps
Milieu quadratique
Limitations des cristaux massifs
• Accordabilité restreinte (biréfringence)
• Faibles efficacités de conversion
![Page 8: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/8.jpg)
La Source Idéale pour sortir du labo…
Optique Intégrée – Guides PPLN
• Compacte et insérable dans un réseau télécomChoix sur s,i
• Haute efficacité de conversionCréation simultanée de multiples paires
• Photons intriqués en énergie-tempsIndépendance quant à la polarisation
• Compacte et insérable dans un réseau télécomChoix sur s,i
• Haute efficacité de conversionCréation simultanée de multiples paires
• Photons intriqués en énergie-tempsIndépendance quant à la polarisation
• Compacte et insérable dans un réseau télécomChoix sur s,i
• Compacte et insérable dans un réseau télécomChoix sur s,i
• Haute efficacité de conversionCréation simultanée de multiples paires
![Page 9: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/9.jpg)
Quelques rappels
Cahier des charges
II. Les guides PPLN
![Page 10: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/10.jpg)
Champ E appliqué périodiquement
Alternance du signe du coeff. NL
Interaction accordable et efficace
LiNbO3
pompe
p p, k Signal
Idler i i, ks s, k
+ + ++ - - - -
PPLN
PPLN + bain acide n > 0 à travers le masquep s i
p s i
2k k k
énergie
impulsion0,02 n 0,03
0,5 dB/cm
Échange protonique doux (SPE)
![Page 11: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/11.jpg)
Cahier des charges
• Longueur d’onde télécom (fibres)• Paires de photons dégénérés
(indiscernables)
p s,i657nm 1314nm
= 12,1µm
![Page 12: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/12.jpg)
1. En mode continu (CW)Probabilité de créer une paire par
photon de pompe
2. En mode impulsionnelProbabilité de créer une paire par
impulsion
III. Efficacité en mode comptage de coïncidences
![Page 13: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/13.jpg)
Comptage de coïncidences en mode CW
• S1 et S2 = taux de coups simples• RC = taux de coïncidences
Histogramme expérimental
~300 ps
8 ns
![Page 14: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/14.jpg)
convp
NN
Mesure de l’efficacité
P p
P
PN
hc
convp
NN
P p
P
PN
hc
net1 1 1
net2 2 2
net 1C 1 1 2 22
S N
S N
R N
net1 1 1
net2 2 2
net 1C 1 1 2 22
S N
S N
R N
1 2
2
net net
conv netC P P
S S hcR P
Indépendante des pertes !!
![Page 15: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/15.jpg)
Résultats avec nos guides PPLN
conv > 10-6
Amélioration de 4 ordres de grandeur par rapport au meilleur cristal massif (KNbO3, Tittel et al.)
• Fort potentiel pour la génération simultanée
de 2 paires de photons (ou plus)
![Page 16: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/16.jpg)
Contrôler expérimentalement
la création simultanée de plusieurs paires
Cryptographie surtout pas !!!
Intrication à plusieurs particules
L’expérience en mode impulsionnel
![Page 17: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/17.jpg)
L’expérience en mode pulsé
![Page 18: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/18.jpg)
L’histogramme expérimental
![Page 19: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/19.jpg)
Le problème de la détection
![Page 20: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/20.jpg)
• Rapport :t 0
t 12,5pompe
P 1P (P )
• Calcul des P(événements coïncidents/pics)
Pics satellites Ppaire
t 0 t 12,5paireP ,P f(P )
avec Ppaire = f (Ppompe)
![Page 21: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/21.jpg)
ModélisationHypothèse 11 paire au
plus/impulsion
Hypothèse 22 paires au
plus/impulsion
1,7 W
5,6 W
15,7 W
36 W
53 W
Distribution Q de clé
Génération de multi-paires
critiquepompeP
![Page 22: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/22.jpg)
IV. Le degré d’intrication
1. En mode continu
« l’énergie-temps »
2. En mode impulsionnel
les « Time-Bins »
![Page 23: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/23.jpg)
L’interféromètre de Franson« Révéler » l’intrication en énergie-temps
Vraies Coïncidences RC oscille en fonction de A+ B
• Coïncidences RC oscille en fonction de A+B
• Les paires « portent » la cohérence de la pompe
Objet quantique unique
• Coïncidences RC oscille en fonction de A+B
• Les paires « portent » la cohérence de la pompe
Objet quantique unique
• Qualité de l’intrication contraste des franges
S
PPLN waveguide
DA DB
sA sB
lA lB
Laser +Géné.
+BSDB
BA
DA
TACstart stop
Laser continu temps d’émission des paires inconnus
sA-sB & lA-lB sont indiscernables
![Page 24: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/24.jpg)
Réalisation expérimentale
s,iA B CL , L L
1. Écarter les interférences au premier ordre
A BA B A B
A B A BA B A B
L L
c c
L L L L2c 2c
1. Écarter les interférences au premier ordre 2. Maximiser les interférences au second ordre
p Lc
Les 2 conditions
s,iA B CL L (20cm) L ( 40 m)
pA B CL L (20cm) L ( 100m)
DB
BA
DA
C A BR 1 cos( )
100% de contraste
MQ
Limite théorie locale/quantique est de 71%
S
PPLN waveguide
DA DB
sA sB
lA lB
Guide PPLN+ BS
![Page 25: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/25.jpg)
Résultats avec un guide PPLNrégime continu intrication en
énergie-temps
Vnette 97%
Vnette proche 100% Très haut degré d’intrication
![Page 26: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/26.jpg)
Résultats avec un guide PPLN
régime impulsionnel intrication en Time-Bins
Vnette 84%
Vnette > 71% interférences quantiques
![Page 27: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/27.jpg)
Résumé des travaux
• Les exp. de comptage de coïncidences– En continu : mesures originales (immunes aux
pertes)Guide PPLN conv > 10-6
– En pulsé : histogramme multiple Ppaire/pulse
• Les exp. d’interférométrie Q avec guide PPLN– Très haute qualité d’intrication en énergie-temps
(97%)– Violation de la « limite locale » pour les time-bins
(84%)
![Page 28: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/28.jpg)
Conclusion
Technologie de l’intégration
+
Communications Quantiques
Communications Quantiques Intégrées
![Page 29: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/29.jpg)
Communications Quantiques Intégrées
Nouvelles structures guidantes utiles au traitement de l’information Q
s,i = 1,3 & 1,5 µm (intrication N>2)
– Intégration de plusieurs composants (BS, WDM)
– Expériences sur longue distance (QKD)
![Page 30: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/30.jpg)
![Page 31: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/31.jpg)
Expérience de Franson avec un laser pulsé
Intrication en time-bins (1)
![Page 32: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/32.jpg)
Les time-bins (2)
Les coïncidences entre Charly et Bob…
Pour retrouver les 100% de contraste, il faut tenir compte de l’instant d’émission des photons de pompe
coïncidences triples
![Page 33: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/33.jpg)
Réalisation expérimentale
100% de contraste aligner les 3 interféromètres
p s ,i i ,sA B CL L L
Simplification : le Franson replié
p = 0,2 nm
(réseau)
![Page 34: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/34.jpg)
Résultats avec un guide PPLN
régime impulsionnel intrication en Time-Bins
Vnette 84%
Vnette > 71% interférences quantiques
![Page 35: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/35.jpg)
Pourquoi un taux non maximal ?
• Alignement problématique des interféromètres
• Dispersion dans l’interféromètre A (fibre @ 655 nm) Interféromètre en optique massive
• Dégénérescence + spectre de pompe large Caractériser le signal de fluo avec le laser pulsé
• Création de plus d’une paire de photon ? Brise les corrélations quantiques
![Page 36: Optique Intégrée pour les Communications Quantiques](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062423/56814376550346895daff733/html5/thumbnails/36.jpg)