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Thèse Année : 2022

Photonic Resources for the Implementation of Quantum Network Protocols

Ressources photoniques pour l'implémentation de protocoles de réseaux quantiques

Simon Neves
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1229177
  • IdRef : 267859171

Résumé

The security of modern communication networks can be enhanced thanks to the laws of quantum mechanics. In this thesis, we develop a source of photon-pairs, emitted via spontaneous parametric down-conversion, which we use to demonstrate new quantum-cryptographic primitives. Pairs are used as heralded single-photons or as close-to-maximally entangled pairs. We also provide a novel design in order to adapt this source to multipartite entanglement generation. We provide the first experimental implementation of quantum weak coin flipping protocol. It allows two distant players to decide of a random winner. We demonstrate a refined and loss-tolerent version of a recently proposed theoretical protocol, using heralded single-photons mixed with vacuum to produce entanglement. It displays cheat-sensitivity, allowed by quantum interference and a fast optical switch. We also provide a new protocol for certifying the transmission of an unmeasured qubit through a lossy and untrusted channel. The security is based on new fundamental results of lossy quantum channels. We device-independently test the channel’s quality, using self-testing of Bell or steering inequalities thanks to photon-pairs entangled in polarization to probe the channel. We show it allows the certification of quantum communication for a large amount of losses induced by the channel.
La sécurité des réseaux modernes de communication peut être renforcée grâce aux lois de la mécanique quantique. Dans cette thèse, nous développons une source de paires de photons que nous utilisons pour implémenter de nouvelles primitives cryptographiques. Les paires sont utilisées comme des photons uniques annoncés ou des paires intriquées. Nous proposons une méthode afin d'adapter cette source à la génération d'états intriqués multipartites. Nous démontrons la première implémentation d’un tirage à pile-ou-face faible quantique. Il permet à deux joueurs distants de décider d'un gagnant aléatoire. Nous démontrons une version retravaillée et tolérante aux pertes d'un protocole théorique récemment proposé, en utilisant des photons uniques annoncés. Ce protocole est sensible à la triche grâce à une interférence quantique et un commutateur optique rapide. Enfin, nous fournissons un nouveau protocole pour certifier la transmission d'un qubit non-mesuré à travers un canal non-fiable présentant des pertes. Nous testons le canal indépendamment du système de mesure, en utilisant la technique de self-testing des inégalités de Bell ou de steering, grâce à l’utilisation de paires de photons intriqués en polarisation pour sonder le canal. Nous montrons qu'il permet la certification de communications quantiques malgré les pertes induites par le canal.
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NEVES_Simon_theseV2_2022.pdf (35.63 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04026239 , version 1 (13-03-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04026239 , version 1

Citer

Simon Neves. Photonic Resources for the Implementation of Quantum Network Protocols. Quantum Physics [quant-ph]. Sorbonne Université, 2022. English. ⟨NNT : 2022SORUS364⟩. ⟨tel-04026239⟩
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