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Thèse Année : 2002

Communication et cryptographie quantiques avec des variables continues

Résumé

In the last years, continuous variables emerged as an alternative to discrete variables in quantum communication. This thesis presents our work in this field of quantum communications with continuous variables. The continuous variables we use are the quadratures of a single mode of the electromagnetic field. To measure them, we have built a pulsed time-resolved shotnoise-limited balanced homodyne detection. This detection can measure 800,000 samples per second. Using an argument based upon 1-to-2 quantum cloning, we show that a fidelity value larger than 2/3 in a quantum teleportation protocol warrants that the teleported state is the best possible remaining copy of the input state. We introduce new quantum key distribution protocols using quantum continuous variables, that are secure against individual attacks for any transmission of the optical line between Alice and Bob. In particular, it is not required that this transmission is larger than 50 % (less than 3 dB losses). Neither squeezing nor entanglement are required. We experimentally demonstrate these protocols, using the shotnoise limited homodyne detection mentioned above and coherent states. Complete secret key extraction is achieved using a reverse sliced reconciliation technique followed by privacy amplification. Our tabletop experiment yields a net key transmission rate of about 1.7 megabits per second for a loss-free line, and 75 kilobits per second for a line with losses of 3.1 dB. The present limitations are essentially technical, arising mainly from the limited efficiency of the reconciliation software.
Ces dernières années, les variables continues ont émergées en tant qu alternative aux variables discrètes dans les communications quantiques. Cette thèse s'inscrit dans ce cadre des communications quantiques avec des variables continues. Les variables continues utilisées ici sont les quadratures d'un mode du champ électromagnétique. Pour les mesurer, nous avons construit une détection homodyne équilibrée, limitée au bruit de photons, impulsionnelle et résolue en temps. Celle-ci peut effectuer 800 000 mesures par seconde. En se fondant sur la limite de la duplication quantique, nous montrons qu'une valeur de la fidélité supérieure à 2/3 dans un protocole de téléportation quantique garantit que l'état téléporté est la meilleure copie qui reste de l'état d'entrée. Nous introduisons de nouveaux protocoles de distribution quantique de clef utilisant des variables quantiques continues, sûrs face à des attaques individuelles pour toute valeur de la transmission de la ligne optique entre Alice et Bob. En particulier, il n'est pas nécessaire que cette transmission soit plus grande que 50 % (moins de 3 dB de pertes). Ni compression des fluctuations quantiques, ni intrication ne sont nécessaires. Nous avons implémenté expérimentalement ces protocoles, en utilisant la détection homodyne limitée au bruit de photon mentionnée plus haut et des états cohérents. L'extraction complète de la clef secrète est réalisée en utilisant une technique de réconciliation par tranches inversée suivie d amplification de confidentialité. Notre dispositif expérimental produit un taux net de transmission de clef de 1,7 megabits par seconde pour une ligne sans pertes, et 75 kilobits par seconde pour une ligne avec 3,1 dB de pertes. Les limitations actuelles sont essentiellement techniques et proviennent surtout de l'efficacité limitée du logiciel de réconciliation.
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Dates et versions

tel-00002343 , version 1 (31-01-2003)
tel-00002343 , version 2 (09-07-2003)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00002343 , version 2

Citer

Frédéric Grosshans. Communication et cryptographie quantiques avec des variables continues. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Paris Sud - Paris XI, 2002. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00002343v2⟩
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