III. Information quantique

Les technologies quantiques et l’information quantique sont à l’aube de fournir une toute nouvelle façon de penser et utiliser l’information, les communications et le calcul. La théorie quantique impose en effet de complètement renouveler notre intuition sur comment manipuler des données, à cause, par exemple, de l’impossibilité de copier une information inconnue. Cependant, un tel effort permet en retour de concevoir une gamme d’outils complètement nouveaux, comme des moyens de télécommunication robustes à l’espionnage ou des systèmes de calculs aux complexités  algorithmiques battant ce que l’on connaît en théorie classique. De nombreuses plateformes sont à l’étude pour concrètement implémenter ces idées, allant de systèmes photoniques en optique quantique à des systèmes complexes en physique de la matière condensée et physique mésoscopique. L’ensemble de ces avantages reposent de façon fondamentale sur les principes physiques de la théorie quantique : il est donc crucial de comprendre tous les aspects de cette théorie pour en tirer pleinement parti.

Chercheurs : Giuseppe Patera, Alexandre Feller

La photonique quantique intégrée combine des fonctions haute densité et hautes performances sur des puces à faible encombrement. Ces dernières années, un intérêt particulier a été suscité par la possibilité d'exploiter les non-linéarités optiques des puces de silicium pour générer des états quantiques multimodes en utilisant des degrés de fréquence/temps. liberté. Notre groupe a récemment introduit la décomposition analytique de Bloch-Messiah [Phys. Rev. Lett 125, 103601 (2020)] comme outil théorique pour découpler la dynamique complexe des micro-résonateurs en termes d'observables théoriquement indépendants que nous avons appelés morphing. supermodes et de caractériser leurs propriétés quantiques. En appliquant cette approche à la lumière générée par un microrésonateur pompé en mode synchrone par un train d'impulsions périodiques, nous avons découvert [Phys. Rev. Research 5, 023178 (2023)] que la caractérisation traditionnelle basée sur l'homodyne. la détection est incomplète car certaines corrélations quantiques (telles que le compression) restent cachées à ce type de mesure. Nous avons également étudié des solutions classiques au-dessus du seuil dans les régimes de pompage CW et avons caractérisé leurs propriétés quantiques [Phys. Lett. A 493, 129272 (2024)]. D'autre part, les impulsions lumineuses ultrarapides permettent d'étudier la dynamique des systèmes à des échelles de temps ultracourtes et présentent des structures en peigne à large fréquence utilisées en métrologie de haute précision. Le domaine de l'optique ultrarapide avec des techniques de contrôle cohérentes a prospéré récemment, conduisant à une riche boîte à outils pour la génération. des impulsions dotées de propriétés temporelles et spectrales adaptées. L’exploitation des caractéristiques quantiques de la lumière a fait progresser l’exploration de la physique fondamentale, la communication quantique et la métrologie quantique.