1. Soutenance de thèse
Joe Ghalbouni
15 Novembre 2013
12/03/2016 1

2. Les communications quantiques
• L’information est encodée sur l’état quantique
• L’état quantique est transféré d’un point à un autre
• Les communications quantiques sont régies par les lois de la
mécanique quantique
• Parmi les applications : la cryptographie quantique qui permet
d’atteindre un niveau de sécurité non atteint classiquement
2

3. Les communications quantiques
• On encode sur les propriétés du photon (exemple : sa
polarisation)
• Etablir une communication quantique nécessite la génération et la
détection de ces photons
• L’intrication est au cœur des communications quantiques
• La mesure du paramètre de Bell permet de vérifier la présence
d’intrication
3

4. Les enjeux d’un réseau de communication quantique
• Coûts élevés de ressources
• Préserver les corrélations quantiques dans un environnement de
distribution de signaux optiques
4

5. • Introduction
• Modèle mathématique
• Source de photons jumeaux
• Source de photons intriqués en polarisation
• Comparaison
• Conclusion
5

6. La fluorescence paramétrique
• Génération d’une paire corrélée en énergie et en impulsion
• Accord de phase de type I ou 0 : HH etVV
Accord de phase de type II : HV ouVH
• Largeur de bande : limitée par l’accord de phase
• Rendement de l’ordre de
• Probabilité de génération de double paires
6
isp  isp kkk 
9
10
)()(
2
2/32††
IOvacA
I
vacAIi   )()(),( †††
bababa baGddA 

7. Démultiplexage en longueur d’onde
• En communications classiques : augmenter le débit
En communications quantiques : assurer une multidistribution
• Le démultiplexage sépare le signal d’entrée en plusieurs bandes
spectrales, chacune attribuée à un utilisateur
• On exploite la symétrie entre photons d’une même paire
7

8. 8
Lim et. Al.
2008
Arahira et. Al.
2013
Herbauts et. Al.
2013 (ArXiv)
Zhou et. Al.
2013

9.  Comparer les performances en distribution de paires de
photons corrélés puis intriqués en polarisation, de
différentes technologies de démultiplexeur
 Faire un lien entre les caractéristiques constructeur d’un
démultiplexeur et ses performances en distribution de
paires de photons
 Etablir une distribution multiutilisateur de paires de
photons intriqués en polarisation
9

10. Partie I
10

11. • Probabilité de coup sur les voies A et B :
• Probabilité d’une coïncidence vraie, accidentelle et de bruit :
11
NJTJJJ PKXIpP  102
TTBATC GKXXIpP 202
TNBBNAATTBABAAC GPPPPGKXXIIpP ))(()(4 2
11
2
0 
TNBNANANBBNBNAANAB GPPPPPPPPP ])()[( 
NABACTCC PPPP 
Probabilité
d’émission
par GHz
Forme spectrale
du canal J
Transmission de la
voie J Recouvrement
temporel
pompe/détecteur
Bruit du
détecteur J
Rapport
fenêtre de coïncidences et
fenêtre de détection

12. • Forme spectrale de transmission
des canauxA et B d’un démultiplexeur :
• Somme des convolutions de chaque fonction de transmission :
12



dFI
JF
JF
J )(
2
1
1 



dFFI P
AF
A
F
)()(
2
1
2  

13. Visibilité
13ACC
ACC
PP
PP
V



TC
NABAC
Système
P
PP
V



21
1
TC
AC
Source
P
P
V
21
1


NABACTCC PPPP 

14. Caractéristiques des filtres et variables définies
14
Technologies
Filtre à couches minces (DTF)
Réseau de guide d’ondes (AWG)
Réseau de diffractionGaussien (DGG)
Réseau de diffraction Flat-Top (DGFT)

15. Caractéristiques des démultiplexeurs testés
15
100 GHz de largeur
de canaux
DTF AWG DGG DGFT
Forme
Spectrale
Flat-Top Flat-Top Gaussienne Flat-Top
Nombre de
canaux
16 16 8 8
Pertes d’insertion (dB)
(Type)
3,8 6 3,5 6
PDL (Polarization Dependent Losses)
(dB) (Type)
0,25 0,5 0,3 0,3
Gamme de fréquences ITU 21 à 36 ITU 22 à 37 ITU 21 à 28 ITU 21 à 28

16. Partie II
16

17. Dispositif expérimental
17
12 mW
779 nm

18. Mesure des coïncidences
18

19. Séparation statistique :
• Les photons de la paire sont dégénérés en fréquence :
• Chaque photon de la paire peut emprunter soit le cheminA soit le
chemin B, de façon équiprobable
19
2
p
is

 
Signal
d’entrée

20. 20
TC
NABAC
Système
P
PP
V



21
1
TC
AC
Source
P
P
V
21
1



21. Séparation statistique : comparaison globale
21
2
1
2
2
I
XXI
F BA
qualité 

22. 22
Type de démultiplexeur I1(GHz) I2(GHz) I1/I2 XA XB Pertes
d’insertion (dB)
Facteur de
qualité 𝟏𝟎−𝟒
DTF 71,51 60,27 1,19 0,01 0,01 1,14 9,32
DGG 57,62 40,38 1,43 0,008 0,009 2,05 3,63
AWG 69,08 58,96 1,17 0,005 0,005 4,55 2,01
DGFT 70,673 56,39 1,25 0,004 0,005 5,86 1,17

23. Séparation déterministe :
Les photons de la paire sont non-dégénérés en fréquence :
23
is  
Signal d’entrée

24.  Séparation déterministe :
1. Pour les technologies DTF et AWG, nous n’avons pu voir de coïncidences
qu’en introduisant un retard
2. Tableau récapitulant les retards (en ns) pour les différents couples ITU
testés :
24
ITU DTF AWG DGG DGFT
23-25 15 12,5 0 0
22-26 22,5 10 0 0
21-27 -2,5 - 0 0

25. 25

26. 26
BA
BA
qualité
II
XXI
F
11
2
2


27. Démux ITU I1A
(GHz)
I1B
(GHz)
I2
(GHz)
𝑰 𝟏𝑨 𝑰 𝟏𝑩
(𝑰 𝟐 ) 𝟐
DTF 21-27 82,11 60,99 60,66 1,36 0,02 0,02 3,72
DTF 23-25 76,39 70,66 65,64 1,25 0,02 0,02 3,7
DTF 22-26 78,58 63,04 61,2 1,32 0,02 0,02 3,66
AWG 22-26 73,23 71,19 62,77 1,32 0,009 0,009 0,64
AWG 23-25 64,89 57,11 49,78 1,49 0,007 0,008 0,40
DGG 23-25 56,27 57,85 40,17 2,02 0,007 0,007 0,24
DGG 22-26 55,58 56,29 39,49 2,01 0,007 0,007 0,22
DGG 21-27 55,47 55,59 39,55 1,97 0,006 0,006 0,21
DGFT 21-27 68,05 50,55 50,55 1,95 0,004 0,004 0,086
DGFT 23-25 70,57 52,67 52,67 1,93 0,004 0,004 0,081
DGFT 22-26 73,39 51,75 51,75 1,96 0,004 0,004 0,078
27

28. Conclusions
• Meilleur facteur de qualité obtenu pour DTF dans les deux distributions
• Uniformité de distribution pour DTF, DGG et DGFT
• Technologie DGG meilleure que DGFT
• L’AWG présente le moins d’uniformité
• Comment se comporte chaque filtre en intrication ?
28

29. Partie III
29

30. Dispositif expérimental
30
)(
2
1
VVeHH i
 
)(
2
1
VVHH 

31. Optimisation de la phase
31

32. Mesure de coïncidences avec 4 détecteurs
• Timetag : chaque instant d’arrivée est marqué avec un temps t
• Chaque différence de temps est comparée à la fenêtre de coïncidences
imposée
32

33. 33

34.  Dépendance de la visibilité en fonction de la taille de la
fenêtre de coïncidence
 Résultats pour DTF ITU 23-25
34
ACC
ACC
PP
PP
V



Taille de la fenêtre (ns) Visibilité
5 61,9%
2,5 68,4%
1 85,7%
0,5 81,8%

35. Variation du paramètre de Bell S en fonction de la taille de la
fenêtre de coïncidences (DTF ITU 22-26)
35

36. Séparation déterministe :
36

37. Séparation déterministe :
37

38. 38

39.  Etat quantique prenant en compte la PDL (Polarization Dependent Loss)
 Facteur d’équilibre
 Paramètre de Bell et fidélité en fonction des coefficients α et β
 Facteur d’équilibre mesuré
39
)(
2
1
VVHHPDL  
2
)(


équilibreF
)]
4
[sin(222[
2
1 
S
WDM Facteur d’équilibre
DTF 0,75
AWG 0,70
DGG 0,94
2
 
F

40.  Dépendance du paramètre de Bell S en fonction du facteur
d’équilibre
40

41.  Conclusion
• Classification des démultiplexeurs avec un facteur de qualité
• Démonstration de la distribution multiutilisateur à partir d’une seule
source
• Comparaison avec le modèle
 Perspectives
• Mesures de tomographie
• Limitation des pertes sur le chemin optique
• Amélioration du modèle
• Mise en place d’une accordabilité automatique de la source
41