Post on 11-Jan-2016
description
Optique Intégrée pour les Communications Quantiques
J.-Sébastien TANZILLI
Laboratoire de Physique de la Matière Condensée
Directeur : D.B. Ostrowsky
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
I. Introduction et Motivations
Les Communications Quantiques
&
La source de paires de photons idéale
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
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
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
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
Quelques rappels
Cahier des charges
II. Les guides PPLN
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)
Cahier des charges
• Longueur d’onde télécom (fibres)• Paires de photons dégénérés
(indiscernables)
p s,i657nm 1314nm
= 12,1µm
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
Comptage de coïncidences en mode CW
• S1 et S2 = taux de coups simples• RC = taux de coïncidences
Histogramme expérimental
~300 ps
8 ns
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 !!
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)
Contrôler expérimentalement
la création simultanée de plusieurs paires
Cryptographie surtout pas !!!
Intrication à plusieurs particules
L’expérience en mode impulsionnel
L’expérience en mode pulsé
L’histogramme expérimental
Le problème de la détection
• 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)
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
IV. Le degré d’intrication
1. En mode continu
« l’énergie-temps »
2. En mode impulsionnel
les « Time-Bins »
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
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
Résultats avec un guide PPLNrégime continu intrication en
énergie-temps
Vnette 97%
Vnette proche 100% Très haut degré d’intrication
Résultats avec un guide PPLN
régime impulsionnel intrication en Time-Bins
Vnette 84%
Vnette > 71% interférences quantiques
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%)
Conclusion
Technologie de l’intégration
+
Communications Quantiques
Communications Quantiques Intégrées
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)
Expérience de Franson avec un laser pulsé
Intrication en time-bins (1)
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
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)
Résultats avec un guide PPLN
régime impulsionnel intrication en Time-Bins
Vnette 84%
Vnette > 71% interférences quantiques
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