Dissertations / Theses: 'Information quantique en variables continues'

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Minneci, Aurianne. "Information quantique : optique quantique en variables continues." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2018. http://www.theses.fr/2018USPCC121/document.

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Abstract:

L’information quantique peut être traitée sur différents types de systèmes physiques. Elle peut également être traitée selon deux façons fondamentalement différentes, en usant soit des variables discrètes, soit des variables continues. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur l’optique quantique en variables continues et les expériences étudiées sont basées sur l’utilisation de photons. Après une introduction à quelques notions de base de la mécanique quantique, nous présentons un protocole sous-universel d’informatique quantique, appelé Boson Sampling, précédé d’une partie exposant des éléments de théorie de la complexité nécessaires pour comprendre la preuve de supériorité quantique de ce protocole. Puis, nous proposons un modèle pour décrire la création de qudits intriqués dans une expérience réalisée au sein de notre équipe. Enfin, la dernière partie de cette thèse présente une interprétation physique plus fondamentale des résultats obtenus lors d’expériences de type Hong-Ou-Mandel avec des filtres en fréquence devant les photodétecteurs, et montre qu’il s’agit d’une partie d’un état chat de Schrödinger produit par post-sélection
Quantum information can be processed on differents types of physical systems. It can also be processed in two fundamentally different ways, using either discrete or continuous variable implementations. In this thesis, we concentrate on quantum optics in continuous variables and the studied experiments are based on the use of photons. After an introduction to some basic notions of quantum mechanics, we present a subuniversal protocol of quantum computing, named Boson Sampling, preceded by a part exposing elements of complexity theory which are necessary to understand the quantum superiority proof of this protocol. Then, we propose a model to describe the creation of entangled qudits in an experiment done in the team. Finally, the last part of this thesis presents a more fundamental physical interpretation of the results obtained during Hong-Ou-Mandel experiments with frequency filters in front of the photodetectors, and shows that we have a part of a Schrödinger cat state, produced by postselection

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Treps, Nicolas. "Optique Quantique Multimode en Variables Continues." Habilitation à diriger des recherches, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00131679.

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Abstract:

Nous considérons la description quantique de la lumière dans le
régime des variables continues, où les photons ne sont pas
distinguables individuellement. Dans la limite des petites
fluctuations quantiques, nous cherchons à augmenter la richesse,
et les possibles applications, des états quantiques produits en
multipliant le nombre de "modes" -ou degrés de libertés- mis en
jeu par le processus de détection. C'est ce que nous appelons
l'optique quantique multimode. Dans ce cadre, nous voyons comment,
en pratique, compter le nombre de modes pertinents au sein d'un
faisceau lumineux. Puis nous reprenons la théorie de la mesure
optique pour associer le caractère multimode de la lumière à la
recherche d'information dans un faisceau. Par cette approche, nous
redéfinissons les limites ultimes de la mesure et nous considérons
l'intrication quantique à partir de n'importe quelle grandeur
mesurable. Nous illustrons cette théorie par des expériences
mettant en jeu de plus en plus de modes : mesures de photons
jumeaux, intrication et téléportation quantique, mesure et
réduction du bruit de polarisation, nano-positionnement d'un
faisceau au delà de la limite quantique standard, intrication
spatiale, amplification sans bruit d'images et optique quantique
multimode avec des peignes de fréquence. Nous évoquons également
les possibles applications à l'accroissement des capacités de
stockage et de transfert d'information, au traitement en parallèle
de l'information quantique et à l'amélioration les techniques
d'imagerie et de métrologie.

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Grosshans, Frédéric. "Communication et cryptographie quantiques avec des variables continues." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002343.

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Abstract:

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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Douce, Tom. "Realistic quantum information processing : from devices to computational models." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2016. http://www.theses.fr/2016USPCC201/document.

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Abstract:

La théorie du calcul quantique se situe à la frontière de la physique quantique et de l’informatique. Par conséquent, les deux domaines contribuent à la rendre d’autant plus riche en apportant leurs propres méthodes et outils mathématiques. La présente thèse tente de mettre en évidence cette particularité en traitant des problématiques qui vont la physique expérimentale aux modèles de calcul. Le but est d’offrir de nouvelles possibilités pour démontrer un avantage quantique. Après une brève introduction aux notions de base de la mécanique quantique, certains aspects liés à l’informatique sont discutés. Le formalisme des classes de complexité quantiques ainsi que le concept du calcul quantique en variables continues sont décrits. Ensuite, le modèle connu comme instantaneous quantum computing est traduit en variables continues, le rendant attrayant d’un point de vue expérimental. Le chapitre conclut sur une discussion concernant un protocole hybride impliquant l’algorithme de Grover dans le cadre des communications quantiques. La dernière partie de la thèse s’intéresse à des problématiques issues de la physique expérimentale. Le lien entre l’effet Hong-Ou-Mandel et la fonction de Wigner d’un état à deux photons est mise en évidence, et un protocole expérimental est décrit en conséquence. La suite traite du domaine des circuits supraconducteurs et envisage de possibles expériences. Il est montré comment utiliser un qubit de flux pour manipuler un centre coloré du diamant. Il est également décrit comment sonder le modèle de Rabi dans le régime de couplage ultra fort en utilisant un qubit supplémentaire faiblement couplé
The theory of quantum computing lies at the very boundary between quantum physics and computer science. As such, both fields bring their own methods and mathematical tools to make quantum computing even richer. The present thesis attempts to reflect this specificity by addressing questions ranging from experimental physics to computational models. The goal is to provide novel ways of demonstrating quantum advantage. After a short introduction to basic notions of quantum mechanics, some computer science aspects are discussed. We describe the powerful formalism of quantum complexity classes and the concept of quantum computations based on continuous variables. We then translate the model of instantaneous quantum computing to continuous variables, which is experimentally appealing. The chapter concludes with a discussion on a hybrid protocol involving Grover’s algorithm in a quantum communication framework. The last part of the thesis is devoted to experimentally driven issues. A fundamental connection between the Hong-Ou-Mandel experiment and the Wigner function of two-photon states is derived and a verification protocol is designed accordingly. We then move to the field of superconducting circuits to discuss proposals for future experiments. We show how to use a flux qubit to manipulate a NV color center. We also describe how to use to probe the Rabi model in the ultra strong coupling regime using an additional weakly coupled qubit

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Arzani, Francesco. "Measurement based quantum information with optical frequency combs." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEE005/document.

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Abstract:

Ce manuscrit porte sur l’étude théorique de techniques expérimentales récemment développées pour réaliser des protocoles d’information quantique en variables continues. Les états Gaussiens multi-modes produits par conversion paramétrique de peignes de fréquences optiques jouent un rôle centrale dans ce travail. Ce phénomène permet de générer de façon déterministe un grand nombre d’états Gaussiens de la lumière. L’état de sortie peut ensuite être de-Gaussifié par soustraction ou addition d’un photon dans une superposition cohérente de modes du champ, puis mesuré par détection homodyne. La thèse est organisée en trois projets principaux. Le premier concerne l’optimisation du spectre du laser de pompe pour manipuler l’état de sortie de la conversion paramétrique. Nous avons développé les outils mathématiques pour traiter des profils spectraux avec amplitude et phase spectrales arbitraires. On a ensuite utilisé un algorithme d’optimisation pour trouver les spectres maximisant des différentes propriétés de l’état de sortie. Une importance particulière est donnée à la production d’"états cluster" en variables continues. Les optimisations ont été développées pour prendre en compte les limitations expérimentales pour assurer la faisabilité des forme spectrales dans les expériences. Dans le deuxième projet nous avons étudié comment les états non-Gaussiens obtenus par soustraction d’un photon d’un état comprimé peuvent être utilisés pour le calcul quantique. Nous proposons un protocole inspiré par le paradigme de "calcul quantique basé sur la mesure" qui combine l’état de-Gaussifié et la mesure homodyne pour approximer des opérateurs unitaires non-Gaussiens. On montre que les mêmes résultats peuvent être obtenus avec des mesure projectives sur des états de photon unique. Finalement, le troisième projet porte sur le partage de secret quantique ("quantum secret sharing"). Dans les protocoles de partage de secret quantique un donneur veut distribuer de l’information codée dans un système quantique à plusieurs joueurs d’une façon qui oblige des sous-ensembles de joueurs à collaborer s’ils veulent retrouver l’information originale. Nous avons développé un protocole qui peut être transféré aux expériences de notre groupe et nous avons participé à la formulation d’une preuve de concept expérimentale. À partir de cela, nous avons dérivé des résultats généraux sur le partage et la reconstruction d’états arbitraires de la lumière en utilisant des ressources Gaussiennes
The present manuscript reports theoretical investigations about the use of recently developed experimental techniques in the realization of quantum information protocols with continuous variables. The focus of the work is on the multi-mode Gaussian states produced by spontaneous parametric down-conversion of optical frequency combs. Such setup allows to deterministicallyengineer many different Gaussian states of light. The output state can be de-Gaussified subtracting or adding a photon coherently on a superposition of modes and finally measured with pulse-shaped and wavelength-multiplexed homodyne detection. The thesis encompasses three projects. The first concerns the optimization of the spectrum of the pump laser field to engineer the Gaussian output state. We developed mathematical techniques to treat spectral profiles with arbitrary amplitude and spectral phase. We thenran an optimization algorithm to find the spectra maximizing several interesting properties of the state of the down-converted field. A particular emphasis was put on the production of continuous-variable cluster states. The optimizations were developed in such a way as to ensure the experimental feasibility of the optimized pump spectra. In the second project we studied how the non-Gaussian states produced subtracting a photon from a squeezed state can be used for quantum computation. We propose a protocol inspired by the measurement-based paradigm for quantum computation combining the photon subtracted states and homodyne detectionto approximate unitary non-Gaussian operations. We show that the same results can be obtained with projective measurements onsingle-photon states. Finally, the third project deals with quantum secret sharing. In quantum secret sharing schemes a dealer wants to share information encoded in some quantum system with a group of players in such a way that subsets of players need to collaborate if they want to retrieve the information. We devised a secret sharing protocol that could be mapped to the experimental setups developed in our group and participated in the formulation of an experimental proof of principle of such protocol. Starting from this we derived general results for sharing and reconstructing arbitrary quantum states using Gaussian resources

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Wenger, Jérôme. "Dispositifs impulsionnels pour la communication quantique à variables continues." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00006926.

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Abstract:

L'objectif central de cette thèse est d'exploiter les propriétés quantiques du champ électromagnétique pour développer de nouveaux dispositifs de communication. L'étude porte sur les composantes de quadrature (variables quantiques continues) d'un mode impulsionnel du champ lumineux. Une démonstration expérimentale de cryptographie quantique avec des états cohérents a été réalisée. Le dispositif se base sur des impulsions modulées en amplitude et en phase et comportant en moyenne une centaine de photons. Pour chaque impulsion lumineuse, une détection homodyne résolue en temps permet de mesurer une composante de quadrature particulière avec une forte efficacité. Une clé secrète a ainsi été transmise à un débit de 1.7 Mbits/s en l'absence de pertes et 75 kbits/s pour une transmission présentant des pertes de 3.1 dB, ce qui ouvre la voie pour des applications de cryptographie quantique à hauts débits. Afin d'étudier l'utilisation de spécificités quantiques, nous avons développé une source impulsionnelle d'états comprimés et d'états intriqués. Cette source utilise des conversions non-linéaires d'impulsions ultrabrèves intervenant dans un cristal mince de niobate de potassium. Suivant la configuration, la réduction du bruit en quadrature est de 2.7 dB sous le niveau de bruit quantique standard, ou les corrélations entre les quadratures des faisceaux intriqués sont de 2.5 dB. Grâce à ce dispositif, nous avons mis en oeuvre la première expérience de "dégaussification", pour transformer des impulsions de vide comprimé en des états non-gaussiens. Ce protocole est directement lié à la distillation de l'intrication de variables continues, qui permet d'améliorer la portée des dispositifs de cryptographie. Enfin, des schémas sont étudiés pour réaliser des tests complets des inégalités de Bell avec des variables continues mesurées par des détections homodynes.

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Ketterer, Andreas. "Modular variables in quantum information." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2016. http://www.theses.fr/2016USPCC290/document.

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Abstract:

L’information quantique peut être traitée de deux manières fondamentalement différentes: à l’aide de variables discrètes ou continues. Dans cette thèse, nous étudions de manière théorique la réalisation de protocoles d’information quantique dans les systèmes caractérisés par des variables continues. Pour ce faire, nous utilisons les variables modulaires comme outil afin de révéler des structures discrètes dans les états, opérations et observables. Le présent travail est fortement motivé par l’applicabilité expérimentale de nos idées dans des expériences d’optique quantique. Le thème principal de cette thèse est la formulation d’un cadre pour le traitement quantique de l’information dans l’espace des phases grâce aux variables modulaires. L’usage des variables modulaires permet d’encoder des états logique dans des espaces de Hilbert de dimension infinie et de définir des opérations qui permettent de les manipuler. En particulier, nous considérons des protocoles qui impliquent des mesures de variables modulaires qui permettent la lecture d’information discrète codée dans des variables continues. Grâce à ce formalisme, nous montrons comment il est possible de réaliser des tests des propriétés fondamentales de la mécanique quantique comme l’intrication, la non-localité ou la contextualité dans des espaces de Hilbert de dimensions finie ou infinie. Ensuite, nous discutons pourquoi les degrés de liberté transverse des photons sont des candidats naturels pour l’implémentation expérimentale des variables modulaires. À cet effet, nous démontrons comment il est possible d’utiliser l’effet Talbot - un effet d’interférence de champ proche - afin d’encoder de l’information discrète dans la distribution spatiales des photons. Finalement, nous montrons pour la première fois comment produire des photons intriqués de dimension arbitraire de manière déterministe en utilisant la conversion paramétrique et des éléments d’optique linéaire
Quantum information can be processed in two fundamentally different ways, using either discrete- or continuous-variable implementations. In this thesis we study theoretically how to implement discrete quantum information protocols in physical objects characterized by continuous variables. In order to do so we use modular variables as a helpful tool to reveal discrete structures in continuous-variable states, operations and observables. The present work is strongly guided by the experimental applicability of our ideas in quantum optics experiments, with a particular focus on the transverse degrees of freedom of single photons. One of the main themes of this thesis is the formulation of a framework for quantum information processing in phase-space based on the use of modular variables. The latter permit us to introduce logical states and operations allowing to manipulate discrete quantum information encoded in infinite dimensional Hilbert spaces. In particular, we consider protocols that involve measurements of judiciously chosen logical observables enabling the readout of the encoded discrete quantum information. Based on this framework we show how to perform tests of fundamental properties of quantum mechanics, such as entanglement, Bell nonlocality and contextuality, in Hilbert spaces of various dimensions. Further on, we discuss the transverse degrees of freedom of single photons as a natural platform to manipulate and measure modular variables. In particular, we demonstrate how to process discrete quantum information encoded in the spatial distribution of single photons via the optical Talbot effect - a near-field interference effect. Finally, we show for the first time how to produce deterministically d-dimensional entangled photon pairs using spontaneous parametric down-conversion and linear optical elements only

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Leverrier, Anthony. "Etude théorique de la distribution quantique de clés à variables continues." Phd thesis, Télécom ParisTech, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00451021.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la distribution quantique de clés, qui est une primitive cryptographique permettant à deux correspondants éloignés, Alice et Bob, d'établir une clé secrète commune malgré la présence potentielle d'un espion. On s'intéresse notamment aux protocoles " à variables continues " où Alice et Bob encodent l'information dans l'espace des phases. L'intérêt majeur de ces protocoles est qu'ils sont faciles à mettre en œuvre car ils ne requièrent que des composants télécom standards. La sécurité de ces protocoles repose sur les lois de la physique quantique : acquérir de l'information sur les données échangées par Alice et Bob induit nécessairement un bruit qui révèle la présence de l'espion. Une étape particulièrement délicate pour les protocoles à variables continues est la " réconciliation " durant laquelle Alice et Bob utilisent leurs résultats de mesure classiques pour se mettre d'accord sur une chaîne de bits identiques. Nous proposons d'abord un algorithme de réconciliation optimal pour le protocole initial, puis introduisons un nouveau protocole qui résout automatiquement le problème de la réconciliation grâce à l'emploi d'une modulation discrète. Parce que les protocoles à variables continues sont formellement décrits dans un espace de Hilbert de dimension infinie, prouver leur sécurité pose des problèmes mathématiques originaux. Nous nous intéressons d'abord à des symétries spécifiques de ces protocoles dans l'espace des phases. Ces symétries permettent de simplifier considérablement l'analyse de sécurité. Enfin, nous étudions l'influence des effets de tailles finies, tels que l'estimation du canal quantique, sur les performances des protocoles.

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Leverrier, Anthony. "Etude théorique de la distribution quantique de clés à variables continues." Phd thesis, Paris, Télécom ParisTech, 2009. https://theses.hal.science/tel-00451021.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la distribution quantique de clés, qui est une primitive cryptographique qui permet à deux correspondants éloignés, Alice et Bob, d'établir une clé secrète commune malgré la présence potentielle d'un espion. On s'intéresse notamment aux protocoles « à variables continues »' où Alice et Bob encodent l'information dans l'espace des phases. L'intérêt majeur de ces protocoles est qu'ils sont faciles à mettre en œuvre car ils ne requièrent que des composants télécom standards. La sécurité de ces protocoles repose sur les lois de la physique quantique : acquérir de l'information sur les données échangées par Alice et Bob induit nécessairement un bruit qui révèle la présence de l'espion. Une étape particulièrement délicate pour les protocoles à variables continues est la « réconciliation » durant laquelle Alice et Bob utilisent leurs résultats de mesure classiques pour se mettre d'accord sur une chaîne de bits identiques. Nous proposons d'abord un algorithme de réconciliation optimal pour le protocole initial, puis introduisons un nouveau protocole qui résout automatiquement le problème de la réconciliation grâce à l'emploi d'une modulation discrète. Parce que les protocoles à variables continues sont formellement décrits dans un espace de Hilbert de dimension infinie, prouver leur sécurité pose des problèmes mathématiques originaux. Nous nous intéressons d'abord à des symétries spécifiques de ces protocoles dans l'espace des phases. Ces symétries permettent de simplifier considérablement l'analyse de sécurité. Enfin, nous étudions l'influence des effets de tailles finies, tels que l'estimation du canal quantique, sur les performances des protocoles
This thesis is concerned with quantum key distribution (QKD), a cryptographic primitive allowing two distant parties, Alice and Bob, to establish a secret key, in spite of the presence of a potential eavesdropper, Eve. Here, we focus on continuous-variable protocols, for which the information is coded in phase-space. The main advantage of these protocols is that their implementation only requires standard telecom components. The security of QKD lies on the laws of quantum physics: an eavesdropper will necessary induce some noise on the communication, therefore revealing her presence. A particularly difficult step of continuous-variable QKD protocols is the ``reconciliation'' where Alice and Bob use their classical measurement results to agree on a common bit string. We first develop an optimal reconciliation algorithm for the initial protocol, then introduce a new protocol for which the reconciliation problem is automatically taken care of thanks to a discrete modulation. Proving the security of continuous-variable QKD protocols is a challenging problem because these protocols are formally described in an infinite dimensional Hilbert space. A solution is to use all available symmetries of the protocols. In particular, we introduce and study a class of symmetries in phase space, which is particularly relevant for continuous-variable QKD. Finally, we consider finite size effects for these protocols. We especially analyse the influence of parameter estimation on the performance of continuous-variable QDK protocols

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Fabre, Nicolas. "Quantum information in time-frequency continuous variables." Thesis, Université de Paris (2019-....), 2020. http://www.theses.fr/2020UNIP7044.

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Abstract:

Cette thèse aborde l’encodage de degrés de liberté continus temps-fréquence de photon uniques. Les similitudes mathématiques avec les quadratures du champ électromagnétique amène à généraliser des protocoles exprimées dans ces variables dans notre encodage. On introduit un nouveau type de qubit robuste contre des erreurs du type déplacement dans l’espace des phases temps-fréquence. Un nouvel espace des phases doublement cylindriques est étudié et est une représentation particulièrement adaptée pour des états ayant une symétrie de translation. On étudie également comment construire une distribution de phase fonctionnelle permettant de décrire un état quantique possédant des degrés de libertés continus spectraux et en quadrature
This thesis tackles the time-frequency continuous variables degree of freedom encoding of single photons and examine the formal mathematical analogy with the quadrature continuous variables of the electromagnetic field. We define a new type of qubit which is robust against time-frequency displacement errors. We define a new double-cylinder phase space which is particularly adapted for states which have a translational symmetry. We also study how to build a functional phase space distribution which allows to describe a quantum state with spectral and quadrature continuous variables degrees of freedom

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Jouguet, Paul. "Performance et sécurité de dispositifs de distribution quantique de clés à variables continues." Electronic Thesis or Diss., Paris, ENST, 2013. http://www.theses.fr/2013ENST0048.

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Abstract:

L’objet de cette thèse est l’étude de la distribution quantique de clés, une primitive cryptographique qui permet à deux utilisateurs distants de générer une quantité arbitraire de clé secrète et cela y compris en présence d’un espion, sous réserve qu’ils partagent un secret initial. Nous restreignons notre étude aux protocoles employant des variables continues et démontrons expérimentalement une implémentation entièrement fibrée fonctionnant à 80 km sur une fibre dédiée en prenant en compte toutes les imperfections expérimentales connues. Pour atteindre une telle distance de fonctionnement, nous avons mis au point des codes correcteurs d’erreurs spécifiques fonctionnant près de la limite théorique de Shannon dans des régimes de faible rapport signal à bruit. Nous envisageons également la possibilité d’attaques par canaux cachés qui ne sont donc pas prises en compte dans la preuve de sécurité du système et proposons des contre-mesures. Enfin, nous étudions la compatibilité de notre système avec des canaux de communication intenses qui se propagent sur la même fibre optique
This thesis focuses on a cryptographic primitive that allows two distant parties to generate an arbitrary amount of secret key even in the presence of an eavesdropper, provided that they share a short initial secret message. We focus our study on continuous-variable protocols and demonstrate experimentally an all-fiber system that performs distribution of secret keys at 80 km on a dedicated fiber link while taking into account all known imperfections. We could extract secret keys at such a distance bydesigning specific error correcting codes that perform very close to Shannon’s bound for low signal to noise ratios. We also consider side-channel attacks that are not taken into account into the system security proof and propose some countermeasures. Finally, we study our system compability with intense communication channels that propagate on the same optical fiber

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Laversanne-Finot, Adrien. "Contextuality and nonlocality in continuous variable systems." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2017. http://www.theses.fr/2017USPCC220/document.

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Abstract:

La mécanique quantique présente des propriétés étonnantes qui n'ont pas d'équivalent en physique classique. Ces propriétés sont au cœur des applications possibles de la mécanique quantique. Le thème principal de cette thèse est l'étude de deux des propriétés fondamentales de la mécanique quantique: la non-localité et la contextualité. Dans ce cadre, nous poursuivrons deux objectifs: premièrement, nous étudierons comment certains résultats obtenus pour les systèmes discrets peuvent être étendus aux systèmes décrits par des variables continues; deuxièmement nous étudierons comment il est possible de tester ces deux propriétés dans les systèmes quantiques décrits par des variables continues.Dans une première partie, nous étudions l'ensemble des distributions de probabilités locales et ``no-signaling'', c'est à dire qui ne permettent pas de transmettre d'information. Nous commençons par traduire le problème en terme de contraintes sur des espaces de mesures de probabilité. Nous introduisons ensuite un ensemble de mesures de probabilité qui sont les analogues en variables continues des probabilités découvertes par Popescu et Rohrlich dans le cas discret. Enfin, nous caractérisons l'ensemble des mesures de probabilité ``no-signaling''. Plus précisément, nous montrons que les mesures introduites sont des points extrémaux de l'ensemble des mesures de probabilité ``no-signaling'' et que leur enveloppe convexe est dense dans l'ensemble des mesures de probabilité ``no-signaling''. Dans une seconde partie nous nous intéressons à une preuve de la contextualité de la mécanique quantique dans une formulation qui ne dépend pas de l'état. Plus particulièrement, concernant l'inégalité de non-contextualité de Peres-Mermin, nous montrons qu'il est possible de la généraliser pour des observables définies sur des espaces de Hilbert de dimension arbitraire, voire infinie. Cette généralisation nous permet d'identifier les propriétés communes des observables qui conduisent à une violation maximale de l'inégalité de Peres-Mermin.En dernier lieu, nous nous intéressons à des états intriqués du champ électromagnétique de deux cavités. Ces états sont non-locaux et violent une inégalité de Bell formée de mesures de la parité déplacée. Nous étudions comment ces états peuvent être préparés et mesurés expérimentalement. Enfin, nous analysons l'effet des imperfections expérimentales et des pertes
Quantum mechanics has many intriguing properties that have no-classical analogs. These properties are at the heart of many quantum information protocols which offer the possibility to outperform their classical counterparts. This thesis is devoted to an investigation of two of the fundamental properties of quantum mechanics: non-locality and contextuality. The goal of this thesis is twofold. Firstly we will study how known results for discrete systems can be extended to continuous variables systems. Secondly, we will investigate how these properties can be tested in quantum systems characterized by continuous variables.Our work starts with an investigation of the set of local and no-signaling probability distributions. We develop a formalism for generic no-signaling black-box measurement devices with continuous outputs in terms of probability measures. We introduce the continuous-variable version of the famous Popescu-Rohrlich boxes and show that they violate the Tsirelson bound of an adequate continuous-variable Bell inequality. Finally, we perform a characterization of the geometry of the set of continuous-variable no-signaling correlations. More precisely, we show that the convex hull of those boxes is dense in the no-signaling set.We then study the contextuality of Quantum Mechanics in a state independent formulation. In particular, we study the Peres-Mermin state independent non-contextuality inequality, and show how it is possible to generalize the Peres-Mermin inequality to scenarios involving observables with an arbitrary number of outcomes. Specifically, we identify general conditions on the spectral decomposition of observables demonstrating state independent contextuality of quantum mechanics in this scenario.Lastly, we explore the non-local properties of entangled cat states, made of superpositions of coherent states stored in two spatially separated cavities. We show that even when taking into account the experimental imperfections such as the losses, a violation of local-realism is still possible, in the form of a violation of an appropriate Bell inequality

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Jouguet, Paul. "Performance et sécurité de dispositifs de distribution quantique de clés à variables continues." Thesis, Paris, ENST, 2013. http://www.theses.fr/2013ENST0048/document.

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Abstract:

L’objet de cette thèse est l’étude de la distribution quantique de clés, une primitive cryptographique qui permet à deux utilisateurs distants de générer une quantité arbitraire de clé secrète et cela y compris en présence d’un espion, sous réserve qu’ils partagent un secret initial. Nous restreignons notre étude aux protocoles employant des variables continues et démontrons expérimentalement une implémentation entièrement fibrée fonctionnant à 80 km sur une fibre dédiée en prenant en compte toutes les imperfections expérimentales connues. Pour atteindre une telle distance de fonctionnement, nous avons mis au point des codes correcteurs d’erreurs spécifiques fonctionnant près de la limite théorique de Shannon dans des régimes de faible rapport signal à bruit. Nous envisageons également la possibilité d’attaques par canaux cachés qui ne sont donc pas prises en compte dans la preuve de sécurité du système et proposons des contre-mesures. Enfin, nous étudions la compatibilité de notre système avec des canaux de communication intenses qui se propagent sur la même fibre optique
This thesis focuses on a cryptographic primitive that allows two distant parties to generate an arbitrary amount of secret key even in the presence of an eavesdropper, provided that they share a short initial secret message. We focus our study on continuous-variable protocols and demonstrate experimentally an all-fiber system that performs distribution of secret keys at 80 km on a dedicated fiber link while taking into account all known imperfections. We could extract secret keys at such a distance bydesigning specific error correcting codes that perform very close to Shannon’s bound for low signal to noise ratios. We also consider side-channel attacks that are not taken into account into the system security proof and propose some countermeasures. Finally, we study our system compability with intense communication channels that propagate on the same optical fiber

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Chabaud, Ulysse. "Continuous variable quantum advantages and applications in quantum optics." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS066.

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Abstract:

La physique quantique a apporté une révolution conceptuelle quant à la nature de notre monde et apporte aujourd’hui une révolution technologique. En effet, l’utilisation de l’information quantique promet des applications surclassant les machines actuelles, dites classiques. La théorie de l’information quantique en variable continue porte sur l’étude des possibilités qu’offre l’encodage de l’information dans des degrés de liberté continus de systèmes quantiques. Mathématiquement, cette théorie étend l’étude de l'information quantique aux états quantiques dans des espaces de Hilbert de dimension infinie. Elle offre des perspectives différentes de l’information quantique en variable discrète et est notamment adaptée à la description des états quantiques de lumière. L’optique quantique est ainsi une plateforme expérimentale naturelle pour développer des applications quantiques en variable continue. La thèse s’articule autour de trois questions principales : d’où provient l’avantage quantique, c est-à-dire la capacité des machines quantiques à surclasser les machines classiques ? Comment s assurer du bon fonctionnement d une machine quantique ? Quels avantages peut-on tirer de l'utilisation de l’information quantique ? Ces trois questions sont au cœur du développement des technologies quantiques, et nous y apportons plusieurs réponses dans le cadre de la théorie de l’information quantique en variable continue et de l’optique quantique linéaire
Quantum physics has led to a revolution in our conception of the nature of our world and is now bringing about a technological revolution. The use of quantum information promises indeed applications that outperform those of today's so-called classical devices. Continuous variable quantum information theory refers to the study of quantum information encoded in continuous degrees of freedom of quantum systems. This theory extends the mathematical study of quantum information to quantum states in Hilbert spaces of infinite dimension. It offers different perspectives compared to discrete variable quantum information theory and is particularly suitable for the description of quantum states of light. Quantum optics is thus a natural experimental platform for developing quantum applications in continuous variable. This thesis focuses on three main questions: where does a quantum advantage, that is, the ability of quantum machines to outperform classical machines, come from? How to ensure the proper functioning of a quantum machine? What advantages can be gained in practice from the use of quantum information? These three questions are at the heart of the development of future quantum technologies and we provide several answers within the frameworks of continuous variable quantum information and linear quantum optics

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Blandino, Rémi. "Intrication de champs quantiques mesoscopiques pour les communications quantiques." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00827393.

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Abstract:

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'information quantique avec des variables continues, en utilisant des états quantiques du champ électromagnétique. En combinant les outils propres aux variables discrètes, o'u la lumière est décrite en termes de photons, avec les outils des variables continues, où la lumière est décrite en termes de quadratures, nous pouvons étudier théoriquement et produire expérimentalement des états non-classiques, ainsi que des protocoles élémentaires d'information quantique. Ainsi, nous avons produit expérimentalement un état "chat de Schrödinger", superposition quantique de deux états lumineux quasi-classiques, sur lequel nous avons appliqué une porte quantique introduisant une phase dans la superposition. Nous avons ensuite analysé la qualité de cette porte en utilisant un modèle simple de notre expérience. Nous nous sommes ensuite intéressés aux corrélations quantiques, mesurées par la discorde quantique, pour une classe d'états particulièrement importants en information quantique. Nous avons quantifié la précision de nos mesures en les comparant aux bornes de Cramér-Rao classique et quantique. Enfin, nous avons étudié théoriquement l'utilisation d'un amplificateur quantique non-déterministe en cryptographie quantique. Cet amplificateur possède la propriété de pouvoir amplifier des états quantiques sans en amplifier le bruit quantique associé. Ainsi, nous avons montré qu'il permet une amélioration de la distance maximale de transmission d'une clé secrète, ainsi qu'une amélioration de la résistance au bruit introduit par le canal quantique.

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Roumestan, François. "Techniques avancées de traitement du signal pour les systèmes de distribution quantique de clés sur fibre optique basés sur des variables continues." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. https://theses.hal.science/tel-03880444.

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Abstract:

La distribution quantique de clés offre la possibilité d’une cryptographie dont la sécurité est démontrée par les lois de la physique quantique. De premiers systèmes commerciaux de cette technologie sont aujourd’hui disponibles. Cette thèse s’intéresse plus particulièrement aux protocoles à variables continues, dont l’implémentation pratique s’approche des techniques modernes de transmissions numériques sur fibre optique. En exploitant ces techniques, on réalise un système expérimental de distribution quantique de clés à variables continues à haut débit
Quantum key distribution offers the possibility of cryptography whose security is demonstrated by the laws of quantum physics. The first commercial systems of this technology are now available. This thesis focuses on continuous variable protocols, whose practical implementation is close to modern digital transmission techniques over optical fibers. By exploiting these techniques, we realize an experimental system for high speed continuous variable quantum key distribution

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Ferreyrol, Franck. "Manipulation de champs quantiques mésoscopiques." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00585534.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse concerne la manipulation à l'échelle quantique du champ électromagnétique dans le cadre de l'information quantique à variables continues. Pour ce faire nous mélangeons les outils de l'optique quantique à variables discrètes, où la lumière est décrite en termes de photons, avec l'approche continue, traitant des quadratures du champ. Cette technique permet de produire des états non-classiques décrits par des fonctions de Wigner prenant des valeurs négatives. Nous avons pu générer des états intriqués à partir d'impulsions lumineuses initialement indépendantes et pouvant être séparées par une longue distance, l'intrication s'effectuant au travers d'un canal acceptant de fortes pertes. Nous avons ensuite démontré et caractérisé expérimentalement un protocole non-déterministe permettant d'amplifier de faibles signaux sans en amplifier le bruit quantique, augmentant ainsi le rapport signal sur bruit. Puis nous avons mis en œuvre et comparé expérimentalement différentes mesures de non-gaussianité d'un état quantique : ce caractère propre à une description continue de la lumière est d'un intérêt capital pour l'information quantique. Enfin nous avons développé et testé deux améliorations pour notre dispositif. La première est un amplificateur femtoseconde pour notre laser impulsionnel, qui permettra d'obtenir de meilleurs états de départ pour nos expériences. La deuxième est un appareil capable de discriminer le nombre de photon, donnant ainsi des résultats plus précis que ceux des détecteurs dont nous disposons actuellement qui sont uniquement capable de détecter la présence de photons.

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Laurat, Julien. "Génération d'états non-classiques et intrication en variables continues à l'aide d'un oscillateur paramétrique optique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007442.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à l'étude théorique et expérimentale de différents niveaux de corrélations quantiques en variables continues, mettant en jeu une ou deux quadratures. Dans cet objectif, un oscillateur paramétrique optique de type II, où signal et complémentaire sont émis suivant des polarisations orthogonales, a été développé. Une lame biréfringente introduite à l'intérieur de la cavité induit un couplage des deux modes et permet un fonctionnement dégénéré en fréquence.

Un protocole original de préparation conditionnelle d'un état non-classique, de distribution statistique sub-Poissonienne, a été étudié théoriquement et mis en oeuvre expérimentalement. Il repose sur les corrélations d'intensité des faisceaux émis au-dessus du seuil en l'absence de lame. Une compression de 9.5 dB du bruit sur la différence d'intensité a été obtenue.

En présence de la lame, les faisceaux émis sont dégénérés en fréquence et en principe intriqués. La dégénérescence a permis la première mesure des anti-corrélations de phase au-dessus du seuil. Malgré un excès de bruit qui reste à expliquer, ce résultat ouvre une voie intéressante pour la génération directe d'états intriqués intenses. L'oscillateur paramétrique optique, avec ou sans lame, peut également fonctionner au-dessous du seuil et générer des faisceaux fortement intriqués. L'intrication obtenue, stable pendant plusieurs heures, est la plus forte observée à ce jour et elle est préservée jusqu'à des fréquences de bruit très basses. En présence de la lame, les propriétés quantiques originales du système sont également détaillées et une opération passive, réalisée à l'aide de lames biréfringentes, est mise en évidence pour optimiser l'intrication. L'action d'opérations passives sur un état à deux modes est discutée théoriquement.

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Niset, Julien. "Quantum information with optical continuous variables: nonlocality, entanglement, and error correction." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2008. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/210459.

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Abstract:

L'objectif de ce travail de recherche est l'étude des posibilités offertes par une nouvelle approche de l'information quantique basée sur des variables quantiques continues. Lorsque ces variables continues sont portées par le champs éléctromagnétique, un grand nombre de protocoles d'information quantique peuvent être implémentés à l'aide de lasers et d'éléments d'optique linéaire standards. Cette simplicité expérimentale rend cette approche très intéressantes d'un point de vue pratique, en particulier pour le développement des futurs réseaux de communications quantiques.

Le travail peut se diviser en deux parties complémentaires. Dans la première partie, plus fondamentale, la relation complexe qui existe entre l'intrication et la nonlocalité de la mécanique quantique est étudiée sur base des variables optiques continues. Ces deux ressources étant essentielles pour l'information quantique, il est nécessaire de bien les comprendre et de bien les caractériser. Dans la seconde partie, orientée vers des applications concrètes, le problème de la correction d'erreur à variables continues est étudié. Pouvoir transmettre et manipuler l'information sans erreurs est nécessaire au bon développemnent de l'information quantique, mais, en pratique, les erreurs sont inévitables. Les codes correcteurs d'erreurs permettent de détecter et corriger ces erreures de manière efficace.

Doctorat en Sciences de l'ingénieur
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Tualle-Brouri, Rosa. "Dispositifs pour la cryptographie quantique." Habilitation à diriger des recherches, Université Paris Sud - Paris XI, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00369277.

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Abstract:

Ce mémoire couvre l'ensemble de mes activités de recherche au laboratoire Charles Fabry, dans le groupe d'optique quantique dirigé par Philippe Grangier. Ces activités entrent dans le cadre de l'information quantique, discipline au carrefour de la théorie de l'information et de la mécanique quantique. Nous nous sommes ainsi attachés à synthétiser et à étudier différents états quantiques de la lumière, avec pour objectif la mise au point de protocoles de cryptographie quantique.

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Hertz, Anaëlle. "Exploring continuous-variable entropic uncertainty relations and separability criteria in quantum phase space." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2018. https://dipot.ulb.ac.be/dspace/bitstream/2013/267632/5/ContratAH.pdf.

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Abstract:

The uncertainty principle lies at the heart of quantum physics. It exhibits one of the key divergences between a classical and a quantum system: it is impossible to define a quantum state for which the values of two observables that do not commute are simultaneously specified with infinite precision. A paradigmatic example is given by Heisenberg’s original formulation of the uncertainty principle expressed in terms of variances of two canonically-conjugate variables, such as position x and momentum p, which was later generalized to a symplectic-invariant form by Schrödinger and Robertson. A different kind of uncertainty relations, originated by Białynicki-Birula and Mycielski, again for canonically-conjugate variables, relies on Shannon entropy instead of variances as a measure of uncertainty. In this thesis, we suggest several improvements of these entropic uncertainty relations and highlight the fact that they are better formulated in terms of entropy power, a notion borrowed from the information theory of real-valued signals. Our first novel entropic uncertainty relation takes x-p correlations into account and is consequently saturated by all pure Gaussian states in an arbitrary number of modes, improving on the original formulation by Białynicki-Birula and Mycielski. Our second main result is the derivation of an entropic uncertainty relation that holds for any n-tuples of not-necessarily canonically conjugate variables based on the matrix of their commutators. We then define a general form of the entropic uncertainty principle that combines both previous results. It expresses the incompatibility between two arbitrary variable n-uples and is saturated by all pure Gaussian states. Interestingly, we can also deduce from it the most general form of the Robertson uncertainty relation based on the covariance matrix of n variables.This line of research underlines the interest of defining an entropic uncertainty relation that is intrinsically invariant under symplectic transformations. Then, as a first attempt to reach this goal, we conjecture a symplectic-invariant uncertainty relation that is based on the joint differential entropy of the Wigner function. This conjecture is, however, only legitimate for states with a non-negative Wigner function. We also suggest a complex extension of this so-called Wigner entropy, which could provide the way towards an extension (and proof) of the above conjecture for all states. As a second attempt, we introduce the notion of multi-copy uncertainty observables, exploiting a connection with the algebra of angular momenta. Expressing the positivity of the variance of our multi-copy observable coincides with the Schrödinger-Robertson uncertainty relation, which suggests that the discrete Shannon entropy of such an uncertainty observable provides a new symplectic-invariant measure of uncertainty.Currently available separability criteria for continuous-variable systems imply a necessary and sufficient condition for a two-mode Gaussian state to be separable, but leave many entangled non-Gaussian states undetected. In this thesis, we introduce two improved separability criteria that enable a stronger entanglement detection. The first improved condition is based on the knowledge of an additional parameter, namely the degree of Gaussianity, and exploits a connection with Gaussianity-bounded uncertainty relations by Mandilara and Cerf. We exhibit families of non- Gaussian entangled states whose entanglement remains undetected by the Duan- Simon criterion. The second improved separability criterion is based on our improved entropic uncertainty relation that takes x-p correlations into account, and has the main advantage over the one proposed by Walborn et al. that it does not require any optimization procedure.
Le principe d’incertitude se situe au cœur de la physique quantique. Il représente l’une des différences majeures entre des systèmes classiques et quantiques, soit qu’il est impossible de définir un état quantique pour lequel deux observables qui ne commutent pas auraient des valeurs spécifiées simultanément et avec une précision infinie. La formulation originale du principe d’incertitude est due à Heisenberg et est exprimée en termes des variances de deux variables canoniquement conjuguées, telles que la position x et l’impulsion p. Cela fut par la suite généralisé par Schrödinger et Robertson qui ont donné au principe d’incertitude une forme invariante sous transformations symplectiques. Si l’incertitude est mesurée à l’aide de l’entropie différentielle de Shannon plutôt que des variances, il est alors possible de définir d’autres types de relations d’incertitude. Originellement introduites par Białynicki-Birula et Mycielski, elles expriment également l’incompatibilité entre deux variables canoniquement conjuguées. Dans cette thèse, nous proposons différentes améliorations de ces relations d’incertitude entropiques et mettons particulièrement l’accent sur le fait qu’elles s’expriment mieux sous forme de puissances entropiques, une notion empruntée à la théorie de l’information. En premier lieu, nous introduisons une nouvelle relation d’incertitude entropique qui tient compte des corrélations x-p et qui est par conséquent saturée par tous les états purs Gaussiens, ce qui représente une amélioration par rapport à la formulation originale de Białynicki- Birula et Mycielski. En second lieu, nous dérivons une relation d’incertitude entropique valide pour tous les n-uplets de variables non nécessairement canoniquement conjuguées et basée sur la matrice de leurs commutateurs. Nous définissons ensuite une forme plus générale du principe d’incertitude entropique qui combine les deux résultats précédents. Il exprime l’incompatibilité entre deux n-uplets arbitraires de variables et est saturé par tous les états purs Gaussiens. Notons que de ce principe d’incertitude entropique, nous pouvons déduire la forme la plus générale de la relation d’incertitude de Robertson, basée sur la matrice de covariance de n variables. Les résultats précédents soulignent un des points essentiels de notre axe de recherche: définir une relation d’incertitude entropique intrinsèquement invariante sous trans- formations symplectiques. Afin d’atteindre cet objectif, notre première tentative est de conjecturer une relation d’incertitude — invariante sous transformations symplectiques — basée sur l’entropie différentielle jointe de la fonction de Wigner. Cette conjecture n’est cependant légitime que pour des états décrits par une fonction de Wigner non-négative. Nous proposons aussi une extension complexe de cette en- tropie dite entropie de Wigner, qui pourrait ouvrir la voie vers une extension (et une preuve) de la conjecture proposée ci-dessus qui serait alors valide pour tous les états quantiques. Comme seconde tentative, en exploitant une connexion avec l’algèbre des moments angulaires, nous introduisons la notion d’observables d’incertitude agissant sur plusieurs copies d’un état. Exprimer la positivité de la variance de notre observable coïncide avec la relation d’incertitude de Schrödinger-Robertson, ce qui suggère que l’entropie discrète de Shannon d’une telle observable fournit une nouvelle mesure de l’incertitude. Cette relation d’incertitude est invariante sous transformations symplectiques.Les critères de séparabilité actuellement disponibles pour les variables continues donnent une condition nécessaire et suffisante afin qu’un état Gaussien bimodal soit séparable, mais laissent de nombreux états intriqués non-Gaussiens non détectés. Dans cette thèse, nous introduisons deux nouveaux critères de séparabilité qui permettent une meilleure détection de l’intrication. La première nouvelle condition est basée sur la connaissance d’un paramètre supplémentaire, à savoir le degré de Gaussianité de l’état, et exploite une connexion avec les relations d’incertitude de Mandilara et Cerf bornées par ce degré de Gaussianité. En particulier, nous donnons l’exemple de familles d’états intriqués non Gaussiens dont l’intrication est détectée par notre critère, mais pas par celui de Duan-Simon. Le second critère de séparabil- ité entropique que nous proposons est basé sur notre nouvelle relation d’incertitude entropique qui tient compte des corrélations x-p. Son principal avantage par rapport au critère de Walborn et al. est de ne nécessiter aucune procédure d’optimisation.
Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie
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Ghorai, Shouvik. "Continuous-variable quantum cryptographic protocols." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2021SORUS007.pdf.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'étude et l'analyse de deux protocoles de cryptographie quantiques: la distribution de clés quantiques (Quantum Key Distribution, QKD) et la monnaie quantique infalsifiable en variables continues (Continuous Variables, CV). Le principal avantage des protocoles CV est que leur mise en œuvre ne nécessite que des composants télécoms standards. La QKD permet à deux parties distantes d'établir une clé sécurisée même en présence d'une espionne. Une propriété remarquable de la QKD est que sa sécurité peut être établie dans le cadre de la théorie de l'information. Prouver la sécurité des protocoles CV-QKD est un défi car les protocoles sont décrits dans un espace de dimension infinie. L'une des questions ouvertes de la CV-QKD était d'établir la sécurité des protocoles QKD bidirectionnels contre les attaques générales. Nous exploitons l'invariance du groupe unitaire du protocole pour établir la sécurité composable. Nous répondons à une autre question pressante dans le domaine de la CV-QKD à modulation discrète en établissant la sécurité asymptotique de tels protocoles contre les attaques collectives. Nous fournissons une technique générale pour dériver une limite inférieure sur le taux de clé secrète en utilisant un programme semi-défini. L'argent quantique exploite la propriété de non-clonage de la mécanique quantique pour générer des jetons, des billets de banque et des cartes de crédit infalsifiables. Nous proposons un schéma de monnaie quantique à clé privée CV avec vérification classique. La motivation derrière ce protocole est de faciliter la mise en œuvre pratique. Les précédents protocoles proposés utilisent des détecteurs à photons uniques, alors que nos protocoles utilisent la détection cohérente
This thesis is concerned with the study and analysis of two quantum cryptographic protocols: quantum key distribution (QKD) and unforgeable quantum money in the continuous-variable (CV) framework. The main advantage of CV protocols is that their implementation only requires standard telecom components. QKD allows two distant parties, Alice and Bob, to establish a secure key, even in the presence of an eavesdropper, Eve. The remarkable property of QKD is that its security can be established in the information-theoretic setting, without appealing to any computational assumptions. Proving the security of CV-QKD protocols is challenging since the protocols are described in an infinite-dimensional Fock space. One of the open questions in CV-QKD was establishing security for two-way QKD protocols against general attacks. We exploit the invariance of Unitary group U(n) of the protocol to establish composable security against general attacks. We answer another pressing question in the field of CV-QKD with a discrete modulation by establishing the asymptotic security of such protocols against collective attacks. We provide a general technique to derive a lower bound on the secret key rate by formulating the problem as a semidefinite program. Quantum money exploits the no-cloning property of quantum mechanics to generate unforgeable tokens, banknotes, and credit cards. We propose a CV private-key quantum money scheme with classical verification. The motivation behind this protocol is to facilitate the process of practical implementation. Previous classical verification money schemes use single-photon detectors for verification, while our protocols use coherent detection

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Garcia-Patron, Sanchez Raul. "Quantum information with optical continuous variables: from Bell tests to key distribution." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2007. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/210655.

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Abstract:

In this thesis we have studied different aspects of the novel field of quantum information with continuous variables. The higher efficiency and bandwidth of homodyne detection combined with the easiness of generation and manipulation of Gaussian states makes continuous-variable quantum information a promising and flourishing field of research. This dissertation is divided in two parts. The first part explores two applications of the “photon subtraction” operation; Firstly, a technique to generate highly non-Gaussian single-mode states of light; Secondly, an experimental setup capable of realizing a loophole-free Bell test. The second part of this dissertation develops a detailed analysis of an important family of continuous-variable quantum key distribution protocols, namely those based on Gaussian modulation of Gaussian states./Dans cette thèse on a étudié différents aspects de l'information quantique à variables continues. Les meilleures efficacité et bande passante de la détection homodyne combinées à la simplicité de génération et de manipulation d'états gaussiens rend l'information quantique à variables continues un domaine de recherche très prometteur, qui est actuellement en plein essor. La dissertation est divisée en deux parties. La première explore deux applications de l'opération “soustraction de photon”; en premier lieu on présente une nouvelle technique capable de générer des états mono-modaux de la lumière hautement non-gaussiens; deuxiemement on présente un schéma expérimental capable de réaliser un test de Bell sans faille logique. La deuxième partie de cette dissertation développe une étude détaillée d'une famille très importante de protocoles de distribution quantique de clé à variables continues, ceux basés sur la modulation gaussienne d'états gaussiens.
Doctorat en Sciences de l'ingénieur
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Booth, Robert Ivan. "Measurement-based quantum computation beyond qubits." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. http://www.theses.fr/2022SORUS022.

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Abstract:

Le calcul quantique par mesure (MBQC) est un modèle alternatif de calcul quantique, qui utilise les propriétés de la mesure de systèmes quantiques intriqués pour effectuer des transformations sur une entrée. Il diffère fondamentalement du modèle de circuit quantique standard en ce que les calculs basés par mesures sont naturellement irréversibles. C'est conséquence inévitable de la description quantique de la mesures, mais qui soulève une question évidente : quand est-ce qu'un MBQC met-il en œuvre un calcul réversible ? Le m-calcul est un modèle formel pour les MBQC qui a la caractéristique remarquable que chaque calcul peut être relié de manière canonique à un graphe. Cela permet d'utiliser les outils de la théorie des graphes pour raisonner sur les problèmes de MBQC, tels que la question de la réversibilité, et l'étude de MBQC qui en résulte a eu un large éventail d'applications. Cependant, la grande majorité des travaux sur le MBQC se sont concentrés sur des architectures utilisant le système quantique le plus simple possible : le qubit. La question de savoir dans quelle mesure ces travaux peuvent être transposés à d'autres systèmes quantiques reste ouverte. Dans cette thèse, nous commençons à aborder cette question, en considérons le cas des qudits lorsque la dimension locale est un nombre premier impair, et des systèmes à variables continues familiers de la physique quantique des particules libres. Dans chaque cas, nous introduisons un m-calcul et lui donnons une interprétation appropriée en termes d'opérations quantiques. Nous établissons ensuite un lien entre les modèles résultants et les modèles de circuit standard
Measurement-based quantum computation (MBQC) is an alternative model for quantum computation, which makes careful use of the properties of the measurement of entangled quantum systems to perform transformations on an input. It differs fundamentally from the standard quantum circuit model in that measurement-based computations are naturally irreversible. This is an unavoidable consequence of the quantum description of measurements, but begets an obvious question: when does an MBQC implement an effectively reversible computation? The measurement calculus is a framework for reasoning about MBQC with the remarkable feature that every computation can be related in a canonical way to a graph. This allows one to use graph-theoretical tools to reason about MBQC problems, such as the reversibility question, and the resulting study of MBQC has had a large range of applications. However, the vast majority of the work on MBQC has focused on architectures using the simplest possible quantum system: the qubit. It remains an open question how much of this work can be lifted to other quantum systems. In this thesis, we begin to tackle this question, by introducing analogues of the measurement calculus for higher- and infinite-dimensional quantum systems. More specifically, we consider the case of qudits when the local dimension is an odd prime, and of continuous-variable systems familiar from the quantum physics of free particles. In each case, a calculus is introduced and given a suitable interpretation in terms of quantum operations. We then relate the resulting models to the standard circuit models, using graph-theoretical tools called "flow" conditions

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Ortalo, Jérémie. "Transparence induite électromagnétiquement et mémoire quantique dans une vapeur de césium." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00424144.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à la réalisation expérimentale d'une mémoire quantique par transparence induite électromagnétiquement (EIT) dans une vapeur de césium ainsi que d'une source de vide comprimé à 852 nm.
Une interface lumière-matière reposant sur le phénomène d'EIT a été démontrée et ses performances ont été étudiées par stockage et restitution d'états cohérents. La cohérence du processus de mémoire et l'absence de bruit ajouté ont été mises en évidence, ainsi que les performances en termes de fidélité et à l'aide du diagramme T-V.
Une étude à la fois expérimentale et théorique du phénomène d'EIT sur la raie D2 d'une vapeur de césium a permis de préciser l'effet conjugué de la structure hyperfine et de l'élargissement Doppler sur les transparences obtenues.
Afin d'étudier la mémoire avec un état non classique du champ, une source de vide comprimé à 852 nm a été développée et les caractéristiques de l'état de sortie ont été analysées par tomographie quantique. La source utilisée est un oscillateur paramétrique optique fonctionnant sous le seuil.

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Emeriau, Pierre-Emmanuel. "The interplay between quantum contextuality and Wigner negativity." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS419.

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Abstract:

La physique quantique a révolutionné notre façon de concevoir la nature et provoque une nouvelle révolution technologique. L'utilisation de l'information quantique dans la technologie promet de supplanter les dispositifs dits classiques utilisés de nos jours. Il est essentiel de comprendre quelles caractéristiques sont intrinsèquement non classiques pour atteindre des performances supérieures à celles des dispositifs actuels. Cette thèse se concentre sur deux comportements non classiques : la contextualité quantique et la négativité de Wigner. Jusqu'à présent, la contextualité a surtout été étudiée dans des scénarios à variables discrètes, où les observables prennent des valeurs dans des ensembles discrets et généralement finis. Il a été démontré que la contextualité est nécessaire et suffisante pour les avantages dans certains cas. D'autre part, la négativité de la fonction de Wigner est une autre caractéristique non classique troublante des états quantiques qui provient de la formulation de l'espace de phase en optique quantique. La négativité de la fonction de Wigner est connue pour être une ressource nécessaire à l'accélération quantique. Nous établissons un cadre robuste pour traiter la contextualité dans les variables continues. Nous quantifions la contextualité dans de tels scénarios en utilisant des outils de la théorie de l'optimisation en dimension infinie. Nous montrons que la négativité de Wigner est équivalente à la contextualité dans les variables continues pour les mesures de Pauli. Nous introduisons ensuite des témoins expérimentaux pour la négativité de Wigner des états quantiques multimodes, basés sur les fidélités avec les états de Fock
Quantum physics has revolutionised our way of conceiving nature and is now bringing about a new technological revolution. The use of quantum information in technology promises to supersede the so-called classical devices used nowadays. Understanding what features are inherently non-classical is crucial for reaching better-than-classical performance. This thesis focuses on two nonclassical behaviours: quantum contextuality and Wigner negativity. To date, contextuality has mostly been studied in discrete-variable scenarios, where observables take values in discrete and usually finite sets. In those scenarios, contextuality has been shown to be necessary and sufficient for advantages in some cases. On the other hand, negativity of the Wigner function is another unsettling non-classical feature of quantum states that originates from phase-space formulation in quantum optics. Wigner negativity is known to be a necessary resource for quantum speedup. We set out a robust framework for properly treating contextuality in continuous variables. We quantify contextuality in such scenarios by using tools from infinite-dimensional optimisation theory. Building upon this, we show that Wigner negativity is equivalent to contextuality in continuous variables with respect to Pauli measurements. We then introduce experimentally-friendly witnesses for Wigner negativity of multimode quantum states, based on fidelities with Fock states which again uses infinite-dimensional linear programming techniques. We further extend the range of previously known discrete-variable results linking contextuality and advantage into a new territory of discrete variable information retrieval

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Longchambon, Laurent. "Effets de polarisation dans les mélanges paramétriques à trois ondes en cavité : applications au traitement classique et quantique de l'information." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003875.

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Abstract:

Nous étudions en détail les effets de polarisation dans les mélanges paramétriques à trois ondes en cavité. Nous nous intéressons tout d'abord à l'étude théorique de l'Oscillateur Paramétrique Optique (OPO) de type II dans lequel nous insérons une lame biréfringente. En type II signal et complémentaire sont polarisés orthogonalement et nous montrons que le couplage induit par la lame créée une zone d'accrochage où l'OPO fonctionne à dégénérescence de fréquence. Après avoir caractérisé de manière approfondie les propriétés classiques de ce système, nous étudions l'intrication quantique des faisceaux jumeaux et relions les résultats obtenus à différents critères d'information quantique. Nous faisons également l'étude expérimentale et théorique d'un système de régénération tout-optique basé sur la génération vectorielle de seconde harmonique à reconversion paramétrique de type II avec une double cavité et étudions la faisabilité d'un tel système dans des conditions télécom.

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Cviklinski, Jean. "Interface quantique atomes-champ en régime de variables continues." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00315360.

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Abstract:

Ce travail est consacré à l'étude quantique du couplage du spin collectif d'un ensemble d'atomes avec le champ électromagnétique.
Nous avons généré des états comprimés du champ par interaction non-linéaire en cavité avec un nuage d'atomes froids de césium se comportant comme un milieu Kerr.
Nous montrons ensuite expérimentalement que l'état quantique d'un faisceau lumineux peut être transféré à une cohérence Zeeman de grande durée de vie par transparence induite électromagnétiquement dans une vapeur de césium. Deux quadratures du champ qui ne commutent pas sont stockées simultanément puis relues sans leur ajouter de bruit.
Enfin, deux protocoles sont proposés pour réduire directement les fluctuations quantiques du moment angulaire collectif d'un ensemble d'atomes, soit en exploitant les non-linéarités apparaissant lors d'un piégeage cohérent de population, soit par l'intermédiaire de mesures quantiques non-destructives d'alignement utilisant un couplage linéaire par effet Raman.

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Josse, Vincent. "Réduction du bruit de polarisation et intrication quantique en variables continues avec un nuage d'atomes froids." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004876.

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Abstract:

Nous avons étudié les fluctuations quantiques du champ électromagnétique ayant interagi avec un nuage d'atomes froids placé à l'intérieur d'une cavité optique. Proche de résonance, le milieu atomique se comporte comme un milieu non-linéaire en raison de la saturation de la transition optique. Lorsque le faisceau incident est polarisé linéairement, cette saturation se traduit par un effet de type Kerr sur le champ moyen et de type Kerr-croisé sur le mode vide orthogonal. Ces effets non-linéaires modifient les fluctuations de ces modes du champs. Nous avons alors pu observer la réduction du bruit sous la limite quantique standard sur ces deux modes.
Nous avons interprété la réduction de bruit sur le mode vide orthogonal en terme de réduction du bruit de polarisation du faisceau. Les fluctuations de polarisation ont été caractérisées par la mesure des fluctuations des paramètres de Stokes.
Par ailleurs, nous avons étudié les corrélations quantiques produites par le système. Ces corrélations ont été estimées à l'aide d'un critère de nonséparabilité, valable pour les variables continues. Nous avons alors montré que les modes polarisés à °45° (par rapport au champ moyen) sont intriqués en quadrature. Cette intrication a ensuite été utilisée pour produire deux faisceaux intriqués en polarisation.

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Lodewyck, Jérôme. "Dispositif de distribution quantique de clé avec des états cohérents à longueur d'onde télécom." Paris 11, 2006. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00130680v2.

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Persechino, Mauro. "Étude experimentale de l'intégration d'un systèm de distribution quantique de clé à variables continues sur un circuit optique en silicium." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLO013/document.

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Abstract:

Les évolutions récentes de la cryptographie quantique ont permis de proposer sur le marché des appareils de distribution quantique de clé secrète (QKD). Ceci est obtenu en utilisant soit des variables discrètes et des compteurs de photons (DV), soit des variables continues et des systèmes de détection cohérente (CV). Les avancées technologiques s'orientent maintenant vers la réalisation de dispositifs plus petits, moins chers, et plus commodes à utiliser.L'objectif de cette thèse est de mettre en oeuvre un protocole CV-QKD sur un circuit optique intégré en silicium, en utilisant une modulation Gaussienne d'états cohérents. Deux approches sont utilisées: dans la première l'émetteur Alice et le récepteur Bob sont sur le même circuit photonique (chip) pour une validation de principe, et dans la deuxième ils sont séparés.Les valeurs mesurées des paramètres de la communication permettent d'échanger une clé secrète
During recent years there have been significant developments in quantum cryptography, bringing quantum key distribution (QKD) devices on the market. This can be done by using either discrete variables (DV) and photon counting, or continuous variables (CV) and coherent detection. Current technological evolutions are now aiming at developing smaller, cheaper and more user-friendly devices.This work focuses on the implementation of CV-QKD using silicon photonics techniques, which provide a high degree of integration. This is exploited to build an on-chip realization of a cryptographic protocol, using Gaussian modulation of coherent states. Two different approaches have been used, first by physically implementing the sender (Alice) and the receiver (Bob) on the same chip for validation purposes, and then by having them onto two separate chips. The measured communication parameters give the possibility to extract a secret key

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Bouillard, Martin. "Développement de cavités synchrones et d'une mémoire quantique : des outils pour l'ingénierie quantique hybride." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLO012/document.

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Abstract:

Ce travail porte sur le développement d'outils pour l'ingénierie quantique d'états non-classiques de la lumière. Trois axes différents sont étudiés qui, combinés ensembles, permettent d'obtenir un protocole efficace et polyvalent pour la génération d'états quantiques Ces états sont générés en tirant profit des avantages distincts des deux descriptions possibles de la lumière grâce à l'utilisation conjointe des variables discrètes et continues.Le premier axe repose sur la réalisation de superpositions arbitraires d’états de Fock à zéro et deux photons à partir de deux états à un photon indiscernables. Cette expérience permet, entre autre, de créer des superpositions d'états cohérents appelés états chats de Schrödinger optiques. Afin d'augmenter l'amplitude des états produits, une itération du procédé est possible.Pour pouvoir rendre possible cette itération, nous augmentons dans un premier temps le taux de production de notre ressource de base: le photon unique. Pour cela, nous installons deux cavités optiques synchrones qui permettent d'accroître la puissance crête des impulsions du laser, exaltant ainsi les effets non-linéaires à l'origine de la production des photons.Le dernier axe, consiste à réduire les problèmes liés à la création probabiliste des photons. Pour cela, une mémoire quantique a été implémentée, permettant de stocker puis d'extraire un photon sur demande. Le stockage d’états contenant un et deux photons a été réalisé. Ce dispositif permettra à terme, en synchronisant l'état stocké avec l'arrivée d'un autre photon, de créer des états chats à l'intérieur même de la cavité
This work is focused on the development of tools for quantum state engineering of non-classical state of light. Three different directions are studied, which when combined, lead to efficient and versatile protocols towards the generation of quantum states. Those states are produced by taking advantage of both descriptions of the light: the discrete and continuous variables of the light.The first direction consists in the réalisation of arbitrary superpositions of zero and two-photon Fock states with two indistinguishable single-photon states. This protocol permits, among others, to create superpositions of coherent states called Schrödinger cat states. An iteration of the protocol could allow the growth of the amplitude of the state.To realize such iteration, we increase the production rate of our basic resource, namely, the single photon.To do so, we implement two synchronous cavities allowing the increase of the peak power of the laser pulses, which ultimately enhanced the non-linear effect at the origin of the photon creation.The last direction aims to solve the problems related to the probabilistic nature of the photon creation. In order to store and extract the single photons on demand, a quantum memory is implemented. The storage of single and two-photon states has been experimentally realized. This setup could allow in the near future, by synchronizing the state stored in the cavity with the income of another photon, to create a cat state inside the cavity itself

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Delaubert, Vincent. "Imagerie quantique à petit nombre de modes transverses." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00146849.

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Abstract:

L'optique quantique multi-mode spatiale, encore appelée « imagerie quantique », permet d'étudier la détection d'un paramètre physique quelconque au sein d'une image optique. Nous considérons en particulier la mesure de déplacement transverse d'un faisceau laser et la détection d'une séquence de bits gravée sur un disque optique.
De telles mesures sont ultimement limitées par la nature quantique de l'image optique considérée. Néanmoins, l'utilisation d'un faisceau non classique permet de réduire les fluctuations de mesure sous cette limite fondamentale.
A ce titre, nous présentons des mesures de nano-déplacements d'un faisceau laser, ainsi que l'intrication des variables conjuguées : position et inclinaison du faisceau. Ces expériences nous ont amenés à introduire l'ensemble des composants élémentaires requis en imagerie quantique.
L'utilisation de lumière multi-mode comme support multi-canal d'information quantique est également détaillée.

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Bloch, M. "Algorithme de réconciliation et méthodes de distribution quantique de clés adaptées au domaine fréquentiel." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00373723.

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Abstract:

Longtemps considérée comme une curiosité de laboratoire, la distribution quantique de clés s'est aujourd'hui imposée comme une solution viable de sécurisation des données. Les lois fondamentales de la physique quantique permettent en effet de garantir la sécurité inconditionnelle des clés secrètes distribuées. Nous avons proposé un système de distribution quantique de clés par photons uniques exploitant un véritable codage en fréquence de l'information. Cette nouvelle méthode de codage permet de s'affranchir de dispositifs interférométriques et offre donc une grande robustesse. Un démonstrateur basé sur des composants optiques intégrés standard a été réalisé et a permis de valider expérimentalement le principe de codage. Nous avons ensuite étudié un système mettant en ?uvre un protocole de cryptographie quantique par « variables continues », codant l'information sur l'amplitude et la phase d'états cohérents. Le dispositif proposé est basé sur un multiplexage fréquentiel du signal porteur d'information et d'un oscillateur local. Les débits atteints par les systèmes de distribution de clés ne sont pas uniquement limités par des contraintes technologiques, mais aussi par l'efficacité des protocoles de réconciliation utilisés. Nous avons proposé un algorithme de réconciliation de variables continues efficace, basé sur des codes LDPC et permettant d'envisager de réelles distributions de clés à haut débit avec les protocoles à variables continues.

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Bloch, Matthieu. "Algorithme de réconciliation et méthodes de distribution quantique de clés adaptées au domaine fréquentiel." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00203634.

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Abstract:

Longtemps considérée comme une curiosité de laboratoire, la distribution quantique de clés s'est aujourd'hui imposée comme une solution viable de sécurisation des données. Les lois fondamentales de la physique quantique permettent en effet de garantir la sécurité inconditionnelle des clés secrètes distribuées.

Nous avons proposé un système de distribution quantique de clés par photons uniques exploitant un véritable codage en fréquence de l'information. Cette nouvelle méthode de codage permet de s'affranchir de dispositifs interférométriques et offre donc une grande robustesse. Un démonstrateur basé sur des composants optiques intégrés standard a été réalisé et a permis de valider expérimentalement le principe de codage. Nous avons ensuite étudié un système mettant en oeuvre un protocole de cryptographie quantique par « variables continues », codant l'information sur l'amplitude et la phase d'états cohérents. Le dispositif proposé est basé sur un multiplexage fréquentiel du signal porteur d'information et d'un oscillateur local.

Les débits atteints par les systèmes de distribution de clés ne sont pas uniquement limités par des contraintes technologiques, mais aussi par l'efficacité des protocoles de réconciliation utilisés. Nous avons proposé un algorithme de réconciliation de variables continues efficace, basé sur des codes LDPC et permettant d'envisager de réelles distributions de clés à haut débit avec les protocoles à variables continues.

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Lodewyck, Jérôme. "Dispositif de distribution quantique de clé avec desétats cohérents à longueur d'onde télécom." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00130680.

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Abstract:

La distribution quantique de clé permet la transmission d'une clé de cryptage secrète entre deux interlocuteurs distants. Les lois de la physique quantique garantissent la sécurité inconditionnelle du transfert.
L'utilisation de variables continues dans le domaine de l'information quantique, récemment apparue, permet de concevoir des systèmes de distribution quantique de clé qui ne nécessitent que des composants standards de l'industrie des télécommunications. Ces composants ouvrent la voie vers les hauts débits caractéristiques des liaisons en fibres optiques.
Nous avons réalisé un système complet de distribution quantique de clé qui utilise l'amplitude et la phase d'états cohérents pulsés de la lumière modulées selon une distribution gaussienne. Notre système est exclusivement réalisé avec des fibres optiques, et atteint un taux de répétition de 1 MHz. Nous avons caractérisé l'information secrète transmise par ce dispositif. Nous avons validé cette caractérisation en réalisant des attaques quantiques originales qui couvrent l'ensemble des perturbations qui peuvent être envisagées sur la transmission.
Nous avons ensuite adapté des algorithmes de correction d'erreur et d'amplification de secret qui produisent une clé secrète à partir des données expérimentales. Enfin, nous avons conçu un ensemble logiciel autonome qui intègre la gestion de l'expérience aux algorithmes de correction d'erreur.
Ces travaux nous ont permis de distribuer une clé secrète sur une fibre de 25 km avec un taux finalde 1 kb/s. Le système que nous avons réalisé sera intégré dans un réseau de distribution quantique de clé faisant intervenir plusieurs collaborateurs européens.

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Lipfert, Tobias. "Ordering effects in quantum optics." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1R007/document.

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Abstract:

En optique quantique, la nature quantique de la lumière se manifeste dans des effets d’ordonnement d’opérateurs, inexistants en optique classique. Cette thèse est consacrée à une étude détaillée de ce type d’effets d’ordonnement dus à la dynamique des systèmes physiques. Nous considérons deux systèmes en particulier, 1) la conversion paramétrique descendante dans un milieu χ (2), et 2) un ion dans un piège de Paul entraı̂né par un champ classique; décrit par un modèle de Jaynes-Cummings non linéaire. Les effets d’ordonnement dans ces systèmes dynamiques sont étudiés via le développement et l’approximation de Magnus. Dans le scénario de conversion paramétrique descendante, nous considérons deux cas, (i) une pompe monochromatique (où une solution exacte de la dynamique est connue) et (ii) une pompe spectralement large. Pour la pompe monochromatique, nous écrivons explicitement la décomposition de Bloch-Messiah et obtenons les modes propres et les paramètres de compression. Nous comparons ces résultats exacts avec les approximations de Magnus en incluant certains ou aucun effets d’ordonnement. Nous effectuons une analyse similaire pour la pompe spectralement large lorsque la décomposition de Bloch-Messiah ne peut être évaluée que numériquement. Pour le modèle dynamique de Jaynes-Cummings non linéaire, nous analysons, à nouveau, les effets d’ordonnement via des approximations de Magnus et obtenons la solution exacte, qui n’avait pas été publiée dans la littérature auparavant. Enfin, nous évaluons pour la première fois les limites supérieures exactes (qui dépassent les limites suffisantes) de la convergence du développement de Magnus pour les deux modèles dynamiques à solutions exactes
In quantum optics, the quantum nature of light manifests itself in operator ordering effects, nonexistent in classical optics. This thesis is devoted to a detailed study of such ordering effects that are due to the dynamics of physical systems. We consider two systems in particular, 1) parametric down-conversion in a χ(2) medium, and 2) an ion in a Paul trap driven by a classical field; described by a nonlinear Jaynes-Cummings model. Ordering effects in these dynamical systems are studied via the Magnus expansion and approximation. In the parametric down-conversion scenario we consider two cases, (i) a monochromatic pump (where an exact solution of the dynamics is known), and (ii) a spectrally broad pump. For the monochromatic pump, we write explicitly the Bloch-Messiah decomposition and obtain the squeezing eigenmodes and parameters. We compare these exact results with the Magnus approximations that contain some or no ordering effects. We perform similar analysis for the spectrally broad pump, where the Bloch-Messiah decomposition can only be evaluated numerically. For the dynamics in the nonlinear Jaynes-Cummings model we again analyze ordering effects via Magnus approximations and obtain the exact solution, which has not been published in the literature before. Lastly, we evaluate the exact upper bounds (which exceed sufficient bounds) of convergence of the Magnus expansion for the two models with exact solutions, for the first time

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Mhibik, Oussama. "Développement des sources lasers solides continues, visibles et stabilisées en fréquence : une alternative aux lasers à colorants." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00656426.

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Abstract:

Le traitement de l'information quantique, en particulier celui utilisant les centres colorés du diamant et la manipulation cohérente des ions de terre rare incorporés dans des matrices solides (Pr3+, Eu3+) et la spectroscopie à ultra-haute résolution, nécessitent des sources accordables ayant une faible largeur de raie. Or, dans la gamme rouge-orange (570-635 nm) où les diodes lasers font défaut et les lasers solides restent très peu développés, les lasers à colorants sont actuellement les seules sources de rayonnement cohérent disponibles. En revanche, ce type de laser est assez complexe et difficile à stabiliser au niveau du kHz à cause des bruits à haute fréquence générés par le jet de colorant.Pour répondre aux besoins des expériences citées ci-dessus, cette thèse vise à proposer une alternative "tout solide" aux lasers à colorants en explorant différentes possibilités pour la construction d'une source stable émettant dans l'orange-rouge. Dans ce but, nous avons proposé deux solutions:1. La première consiste à développer des oscillateurs paramétriques optiques. Dans cette voie, nous avons développé un OPO simplement résonant à doublage de fréquence intra-cavité et stabilisé en frequence au niveau du kHz.2. La deuxième consiste en un laser à base de fluorures dopés au Pr3+pompé par diode.

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Fossier, Simon. "Mise en œuvre et évaluation de dispositifs de cryptographie quantique à longueur d'onde télécom." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00429450.

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Abstract:

La cryptographie quantique permet la distribution d'une clé de cryptage partagée entre deux interlocuteurs distants, tout en assurant la sécurité inconditionnelle de cette distribution grâce aux lois de la physique quantique et de la théorie de l'information. Nous avons réalisé un démonstrateur complet de cryptographie quantique, fondé sur un protocole pour lequel l'information est codée sur des variables continues de la lumière, à savoir les quadratures du champ électromagnétique. Le système est exclusivement constitué de composants standard de l'industrie des télécommunications, qui permettent à Alice de générer les états cohérents de la lumière puis de les moduler, et à Bob de mesurer ces états grâce à une détection homodyne fonctionnant en régime impulsionnel et limitée par le bruit de photon. Nous avons par ailleurs développé un logiciel complet de gestion de la distribution de clé, qui assure d'une part le bon fonctionnement de la transmission quantique et les rétrocontrôles nécessaires pour la stabilité de celle-ci, et qui permet d'autre part l'extraction d'une clé secrète à partir des données partagées après la transmission quantique. Le système a été intégré dans des boîtiers rackables, afin d'effectuer une démonstration en vraie grandeur dans le cadre d'un réseau de cryptographie quantique, mis en place sur des fibres installées dans la ville de Vienne (Autriche). Lors de cette démonstration, notre système a fonctionné en continu pendant 57 heures, à un taux moyen de 8 kbit/s. Enfin, nous avons exploré différentes possibilités d'amélioration du système, à travers un nouveau protocole de cryptographie et l'utilisation d'amplificateurs optiques.

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Qin, Hao. "Sécurité pratique de systèmes de cryptographie quantique : étude d'attaques et développement de contre-mesures." Electronic Thesis or Diss., Paris, ENST, 2015. http://www.theses.fr/2015ENST0040.

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Abstract:

Dans cette thèse, j’étudie une primitive cryptographique appelée distribution quantique de clés. La distribution quantique de clés permet à deux parties distantes de partager une clé secrète en présence d’une espion, dont la puissance est seulement limité par les lois de la physique quantique. J’ai concentré mon travail de thèse sur la distribution quantique de clés à variables continues et en particulier, sur l’étude pratique d’implémentations. J’ai proposé et étudié théoriquement une attaque par canaux cachés originale, visant les détecteurs : l’attaque par saturation. Nous avons de plus démontré expérimentalement la faisabilité de cette attaque sur un système de la distribution quantique de clés à variables continues dans notre laboratoire. Enfin, nous avons en outre démontré expérimentalement pour la première fois la faisabilité du déploiement d’un système de la distribution quantique de clés à variables continues dans un réseau optique du multiplexage en longueur d’onde dense
In this thesis, I study a cryptographic primitive called quantum key distribution which allows two remote parties to share a secret key, in the presence of an eavesdropper, whose power is only limited by the laws of quantum physics. I focus my study on the implementation and the practical security of continuousvariable protocols. For the first time, I have proposed and studied a detector-based side channel attack on a continuous-variable system : saturation attack. This attack opens a new security loophole that we have characterized experimentally in our laboratory, on a real continuous-variable system. Finally, we have demonstrated experimentally for the first time the feasibility of a continuous-variable system deployment in a Dense Wavelength Division Multiplexing network, where quantum signals coexist with intense classical signals in a same fiber

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Etesse, Jean. "Adjonction cohérente itérative de photons pour la génération d'états quantiques mésoscopiques du champ électromagnétique." Thesis, Palaiseau, Institut d'optique théorique et appliquée, 2014. http://www.theses.fr/2014IOTA0016/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la génération d'états quantiques mésoscopiques arbitraires de la lumière par l'utilisation itérée d'un protocole élémentaire simple, basé sur un procédé d'adjonction cohérente de photons. Ce protocole tire parti des deux descriptions ondulatoires et corpusculaires complémentaires de la lumière, en impliquant des états davantage propices à une description discrète (les photons, corpuscules élémentaires de la lumière) avec des mesures continues sur le champ électromagnétique (les mesures de quadratures). Nous démontrons la validité du protocole expérimentalement en montrant que celui-ci permet la génération d'états chats de Schrödinger optiques (superposition cohérente d'états quasi-classiques) comprimés en quadrature. Ces états présentent un grand intérêt étant donné qu'ils peuvent constituer la brique élémentaire du calcul quantique à états cohérents, le "qubit" (ou bit quantique). Nous étudions également la mise en oeuvre théorique du protocole dans la production d'états plus complexes : les états "Peignes en quadrature" dont la fonction d'onde sur la quadrature x est constituée d'une succession de fins pics gaussiens modulés par une large enveloppe gaussienne. Outre l'intérêt que ceux-ci présentent dans la mise en oeuvre de codes correcteurs d'erreurs quantiques, nous montrons qu'ils permettent de réaliser des violations des inégalités de Bell par mesures homodynes seulement, ouvrant la voie à des tests sans échappatoires
In this thesis, we propose a new scheme for the generation of mesoscopic optical quantum states of light, by the iterated use of an elementary protocol, based on a coherent adjunction of photons. This protocol takes advantage of the two complementary wave and particle descriptions of light, by involving intrinsically discrete states (photons, elementary particles of light) and continuous measurements on the electromagnetic field (quadrature measurements). We experimentally prove the validity of the protocol by showing that it enables the generation of squeezed optical Schrödinger cat states (coherent superposition of quasi-classical states). These states are of great interest as they can be used as the elementary piece in the coherent state quantum calculation, the "qubit" (or quantum bit). We also study the theoretical implementation of the protocol for the production of more complex states : the "quadrature Comb states", whose wavefunction along the quadrature x consists in a succession of thin gaussian peaks modulated by a larger gaussian envelope. Amongst other applications like quantum error correcting codes, we show that they allow for a violation of Bell's inequalities with homodyne measurements only, opening the path towards loophole-free violations

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Mondain, François. "Source intégrée de lumière comprimée aux longueurs d’ondes des télécommunications." Thesis, Université Côte d'Azur, 2020. http://www.theses.fr/2020COAZ4013.

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Abstract:

Les récents progrès de la physique quantique en matière de manipulations d'objets quantiques individuels et/ou collectifs promettent une révolution dans les domaines de la communication, de la métrologie, de l'informatique et de la simulation. Plus spécifiquement, l'avènement des nouvelles technologies quantiques repose sur la génération, la manipulation et le contrôle d'états quantiques tels que l'intrication. Découverte il y a plus de 30 ans, la lumière comprimée s'est imposée comme un outil de choix pour la mise en œuvre des technologies quantiques, mais son utilisation souffre encore aujourd'hui d'un manque crucial de compacité, freinant ainsi la croissance de certaines réalisations en photonique quantique.Pour pallier ce problème, nous avons développé une plateforme photonique compacte de génération et de détection de lumière comprimée aux longueurs d’ondes des télécommunications. Elle repose sur le mariage entre les composants à fibre optique standards à 1550 nm et de l'optique intégrée sur niobate de lithium (LiNbO3), permettant d'obtenir un montage compact, facilement reconfigurable sans qu'aucun alignement ne soit nécessaire (plug-and-play). Grâce à cette approche, nous avons pu mesurer jusqu’à -2 dB de compression pour une puissance de pompe continue de 40 mW, ouvrant ainsi la voie vers la réalisation de systèmes compacts de variables continues en dehors du cadre des laboratoires.Afin de mieux comprendre les limites de notre système expérimental, nous nous sommes également intéressés aux propriétés photoréfractives du niobate de lithium, c'est-à-dire à la variation de son indice optique en fonction de l'intensité lumineuse qui le traverse. En régime de variables continues, là où les puissances optiques peuvent être relativement élevées, ces effets peuvent durablement affecter le fonctionnement des circuits photoniques intégrés sur LiNbO3. Pour cette raison, une étude précise de la photoréfraction a également été accomplie afin d’optimiser la génération et la détection de la lumière comprimée sur puce LiNbO3
Recent progress in quantum physics predicts a future revolution in the fields of communication, sensing, computing and simulation which rely on our hability to generate and control quantum states such as entanglement. Discovered more than thirty years ago, squeezed light has rapidly became an important tool for the implementation of quantum technologies, but its use still suffers from a lack of compactness wich limits the growth of quantum photonics realisations. To tackle this issue, we developpe a compact photonic platform to generate and detect squeezed light at telecom wavelengths. It is build upon an association between off the shelf telecom components and integrated optics on lithium niobate (LiNbO3) allowing a compact, and easy reconfigurable setup, without any alignment (plug-and-play). With this original aprroach, we directly measure up to -2dB shot noise reduction for a CW pump power of 40 mW, opening the way to out-of-the lab continuous variable experimentations.In order to fully understand the limits of our experimental setup, we also investigate the photorefractive properties of the LiNbO3, which means his intensity dependant refractive index. This effect could be a great issue in CV experiments, where high pump powers near visible wavelengths are needed. For this reason, we also study precisely the photorefraction in order to optimise the generation and the detection of squeezed light in integrated lithium niobate photonics circuits

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Lopez, Laurent. "Amplification paramétrique, sans bruit, continue, d'images en cavité." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00130058.

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Abstract:

Ce mémoire présente une étude théorique et expérimentale de l'amplification continue d'images à l'aide d'un oscillateur paramétrique optique (OPO).
Une première partie est consacrée aux propriétés classiques de cavités nécessaires à l'imagerie, dites "dégénérées en modes transverses". On étudie tout d'abord théoriquement le problème général de la transmission d'une image à travers une cavité quelconque.
Ensuite, deux exemples de cavités dégénérées sont abordés: la cavité hémi-confocale puis la cavité autoimageante. Ensuite les propriétés quantiques spatiales du vide émis par un oscillateur paramétrique optique sous le seuil d'oscillation sont abordées. On traite tout d'abord l'effet de la taille finie du milieu non-linéaire sur la compression de bruit locale en sortie d'un OPO en cavité confocale. Cette étude est étendue au cas de la cavité auto-imageante où l'on montre la possibilité de générer des faisceaux EPR locaux.
Une troisième partie est consacrée à l'amplification optique au niveau quantique. On construit un modèle théorique d'OPO monomode aussi proche que possible de notre expérience. Nous étudions ensuite le problème de l'optimisation des caractéristiques de l'OPO pour l'amplification sans bruit.
Enfin une partie expérimentale étudie l'amplification d'images à l'aide d'un OPO dégénéré en modes transverses sous le seuil d'oscillation. Cette étude est réalisée tout d'abord en cavité semi-confocale avec un cristal de type II puis en cavité confocale avec un cristal de type I. Nous prouvons le caractère quantique des images amplifiées. Le facteur de bruit du système est caractérisé, prouvant un régime d'amplification "sans bruit".

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Gigan, Sylvain. "Amplification paramétrique d'images en cavité : Effets classiques et quantiques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007425.

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Abstract:

Cette thèse étudie l'amplification
d'une image par un processus paramétrique. Réaliser cette
amplification de manière continue nécessite de placer le milieu
paramétrique dans une cavité optique. En théorie, cette
amplification est sans bruit, et permet de générer des états
non-classiques du champ.

On étudie tout d'abord classiquement la propagation d'une image
dans un système paraxial, puis les cavités dégénérées
transversalement. On en déduit un formalisme permettant de décrire
la transmission d'une image à travers une cavité paraxiale
quelconque. Ce formalisme est illustré par l'étude théorique et
expérimentale de la transmission d'une image à travers une cavité
particulière : la cavité hémi-confocale. Une partie théorique
s'intéresse ensuite aux spécificités de l'amplification d'image.
L'amplificateur paramétrique en cavité sous le seuil
d'oscillation, connu pour générer du vide comprimé, peut également
amplifier un faible signal injecté. On montre l'apparition de
bruit supplémentaire sur le signal amplifié, spécifique à
l'amplification, dû au couplage au bruit de la pompe. On étudie
ensuite du point de vue quantique le comportement multimode
transverse d'un amplificateur paramétrique optique en cavité
hémi-confocale.

Enfin, une partie expérimentale étudie le comportement d'un
oscillateur paramétrique optique confocal au dessus du seuil et on
prouve qu'il produit des faisceaux non-classiques multimodes
transverses. On montre ensuite qu'il est possible d'amplifier de
manière sensible à la phase un signal dans cette même cavité sous
le seuil d'oscillation. Dans une seconde expérience en
configuration de double cavité hémi-confocale, plus stable, on
réalise la première amplification paramétrique multimode d'une
image en cavité.

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Huang, Hsiu-Nien, and 黃秀年. "Revisiting Information System Success Model: The Quest for Independent Variables Continues." Thesis, 2006. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/36344392550540178007.

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Abstract:

碩士
萬能科技大學
經營管理研究所
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This study proposes a model of information systems success for evaluating usage intention towards interactive information technology. Six independent variables - namely, perceived reliability, perceived instantaneity, perceived ease of use, perceived personalization, perceived social image, and perceived social interaction - have not only direct influences on satisfaction and usage intention, but also have indirect influences on usage intention through the mediation of satisfaction. The model is empirically examined using data from staffs across different companies in Taiwan. The test results reveal that usage intention is influenced directly by satisfaction, perceived ease of use, perceived personalization, and perceived social interaction, while being also influenced indirectly by perceived reliability, perceived instantaneity, perceived ease of use, perceived social image, and perceived social interaction via the mediation of satisfaction. Lastly, implications and limitations are discussed.

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Dissertations / Theses on the topic 'Information quantique en variables continues'

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