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Thèse Année : 2013

Non-Gaussian states and measurements for quantum information

Mesures et états non-gaussiens en information quantique

Olivier Morin
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 960263

Résumé

In the present PhD work, we focus on a specific class of quantum states of light: the non-Gaussian states. These states have the particularity of exhibiting Wigner functions with some negative values. This quantum feature is a necessary condition to perform some quantum computation task; furthermore it is also useful for various other applications, including quantum communication and metrology. Different strategies can be used to generate these states. Here, we start from Gaussian states produced by optical parametric oscillators in the continuous wave regime, (i.e. single-mode and two-mode squeezed vacuum states). The non-Gaussian feature can only be obtained by non-linear phenomena (over-quadratic Hamiltonian). In our case, the non-linearity is induced by photon-counting-based measurements (also called non-Gaussian measurements). This study is mainly divided into two parts. First, the generation of non-classical states associated with two types of qubit encoding: the single-photon state, used for quantum information with discrete variables, and the coherent state superposition (the so-called optical Schrödinger cat state), used for quantum information with continuous variables. These two states have then been used to perform some quantum information protocols. The first one addresses the problem of single-photon entanglement witness, and the other the generation of entanglement between the two encodings (also called hybrid entanglement).
Dans ce travail de thèse nous nous sommes intéressés à une catégorie spécifique d'états quantiques de la lumière : les états non-gaussiens. Ces états ont la particularité de présenter des fonctions de Wigner à valeurs négatives. Cette propriété est indispensable pour réaliser des opérations de calcul quantique mais trouve aussi des applications variées en communication quantique ou métrologie par exemple. Différentes stratégies peuvent être utilisées pour générer de tels états. Ici, les ressources initiales sont des états dit gaussiens produits par des oscillateurs paramétriques optiques en régime continu (i.e. vide comprimé bi-mode et mono-mode). Le caractère non-gaussien ne peut être obtenu que par des phénomènes non-linéaires (hamiltonien sur-quadratique). Dans notre cas, la non-linéarité est induite par des mesures basées sur le comptage de photon (aussi appelées mesures non-gaussiennes). Cette étude est principalement divisée en deux parties. Tout d'abord, la génération d'états non-classiques correspondants à deux types d'encodages de qubits : le photon unique, utilisé en information quantique dite à variables discrètes, et la superposition d'états cohérents (chat de Schrödinger optique), utilisée en information quantique dite à variables continues. Ces états ont ensuite été utilisés pour mettre en \oe{}uvre deux protocoles d'information quantique. Le premier porte sur un témoin d'intrication en photon unique, l'autre sur la génération d'intrication entre deux types d'encodages (aussi appelée intrication hybride).
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Dates et versions

tel-01066655 , version 1 (22-09-2014)
tel-01066655 , version 2 (15-12-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01066655 , version 2

Citer

Olivier Morin. Non-Gaussian states and measurements for quantum information. Quantum Physics [quant-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01066655v2⟩
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