Integrated quantum photonics for quantum applications - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Integrated quantum photonics for quantum applications

Photonique quantique intégrée pour les applications quantiques

Résumé

This thesis reports an advanced monolithic integrated quantum photonic realization on lithium niobate, where nonlinear optics and electro-optics properties have been harnessed simultaneously for generating heralded configurable, two-photon states. Taking advantage of a picosecond pump laser and telecom components, we demonstrated the capability of producing various path-coded heralded two-photon, showing 94% raw visibility for Hong-Ou-Mandel (HOM) interference. The versatility and performance of such a highly integrated photonic entanglement source enable exploring more complex quantum information processing protocols finding application in communication, metrology and processing tasks. To enable on-chip two-photon interference, synchronization of two pump pulses entering the chip is crucial. Inspired by Young's double-slit experiment, we synchronize two pulses with a precision of 100 µm by investigating the interference-fringe contrast when varying the relative delay of the pulses. Using an autocorrelator and spectrometer, we determined the time-bandwidth product of the pump pulse and calculated the optimal filter bandwidth to obtain pure quantum states. Since the visibility of two-photon interference relates to the pump power, a theoretical investigation figuring out suitable pump power level was performed as well. In addition, the functionality of generating high quality two-photon path-entangled state was demonstrated by fourfold coincidence measurement relying on a four-channel superconducting single photon detector (SNSPD) and a programmable time-digital converter. In this thesis, the SNSPDs were calibrated and a logical counting algorithm based on Labview was developed to efficiently and accurately record the fourfold coincidences for N00N and product states.
Cette thèse porte sur la réalisation d’un composant pour la communication quantique à base d’optique intégrée sur niobate de lithium. Nous avons exploité simultanément les propriétés optiques non linéaire et électro-optique du niobate pour générer les états à deux photons configurables et annoncés. En utilisant un laser de pompe en régime picoseconde et des composants issus des technologies des télécommunications, nous avons démontré la capacité à produire divers états à deux photons codés en chemin, montrant 94% de visibilité brute pour l'interférence de type Hong-Ou-Mandel (HOM). La polyvalence et les performances d'une telle source d'intrication photonique aussi fortement intégrée permettent d'explorer des protocoles de traitement de l'information quantique plus complexes trouvant des applications dans les tâches de communication et de métrologie quantiques. Pour permettre l'interférence à deux photons sur la puce, la synchronisation préalable de deux impulsions de pompe à l’entrée de la puce est cruciale. Inspiré par l'expérience des doubles fentes de Young, nous avons synchronisé deux impulsions avec une précision de 100 µm en étudiant le contraste des franges d'interférence lors de la variation du retard relatif de ces impulsions. À l'aide d'un auto-corrélateur et d’un spectromètre, le produit temps-fréquence des impulsions de la pompe a été caractérisé avec précision, puis nous avons identifié la taille des filtres requis pour obtenir des états purs à 99%. La visibilité de l'interférence à deux photons étant liée à la puissance de la pompe, une étude théorique visant à déterminer le niveau de puissance approprié de la pompe a également été réalisée. Enfin, la capacité à générer un état intriqué à deux photons de haute qualité a été démontrée par une mesure de coïncidence quadruple reposant sur des détecteurs supraconducteurs de photons uniques (SNSPD) et un convertisseur temps-numérique programmable. Durant cette thèse, les SNSPDs ont été calibrés, puis un algorithme de comptage logique basé sur Labview a été développé, afin d'enregistrer efficacement et précisément les coïncidences quadruples pour les états N00N et états produits.
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2021COAZ4088.pdf (174.92 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03406778 , version 1 (28-10-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03406778 , version 1

Citer

Xin Hua. Integrated quantum photonics for quantum applications. Quantum Physics [quant-ph]. Université Côte d'Azur, 2021. English. ⟨NNT : 2021COAZ4088⟩. ⟨tel-03406778⟩
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