Thèse Ingénierie de Ressources pour les Technologies Quantiques à Base de Lumière H/F

Université Côte d'Azur

L'information quantique photonique exploite les propriétés quantiques de la lumière pour réaliser des tâches de communication et de calcul qui sont impossibles à atteindre par des moyens classiques. Dans ce contexte, l'intrication quantique entre modes fréquentiels (ou temporels) constitue une ressource clé, car elle permet d'atteindre des nombres records de porteurs d'information quantique, liés entre eux dans un état quantique fortement corrélé. Dans le calcul quantique basé sur la mesure, l'intrication multipartite permet d'effecture la computation quantique uniquement grâce à des mesures locales effectuées sur les modes individuels. En même temps, toutes applications pratiques exigent une intrication dont la structure peut varier selon la tâche quantique spécifique. Une telle condition implique de maîtriser la génération de corrélations quantiques ainsi que de développer des techniques adaptées pour leur manipulation et mesure.

Le travail proposé porte sur l'étude de la génération contrôlée et de la manipulation d'intrication multimode dans le régime d'encodage dit des variables continues. Les modes intriqués seront produits dans des guides d'onde non linéaires via la conversion paramétrique descendante spontanée (SPDC) de pulses lumineux entrants : une telle configuration combine l'avantage d'un alphabet quantique à haute dimension avec celui de réduire la taille physique des systèmes optiques, deux conditions cruciales pour des applications quantiques hors laboratoire. Les caractéristiques multimodales des états produits seront déterminées en agissant sur les conditions de fonctionnement du processus SPDC, en adaptant de manière appropriée la fréquence et le profil temporel de la pompe optique. L'état multipartite intriqué sera ensuite employé dans des protocoles visant la manipulation « non-gaussienne » des états et permettant d'accéder à des ressources et techniques clés pour un avantage quantique dans le calcul photonique.

Le ou la candidat(e) travaillera à la conception et à la mise en oeuvre expérimentale du dispositif de génération, de manipulation et de détection de l'intrication, ainsi qu'à l'acquisition et à l'interprétation des données, validant la qualité des états gaussiens et non-gaussiens obtenus lors de l'ingénierie de la source. La thèse de doctorat sera réalisée sous la direction conjointe de Virginia D'Auria (INPHYNI) et Valentina Parigi (LKB, Paris). Le ou la candidat(e) aura donc l'opportunité de travailler dans les deux laboratoires, à Nice et à Paris. Une forte interaction avec le groupe théorique d'Optique Quantique Multimode de Lille est également attendue.

Les travaux sur l'optique quantique multipartite sont essentiels pour le développement de réseaux quantiques opérationnels et d'ordinateurs quantiques basés sur la mesure. Les résultats démontrés dans ce projet sont donc susceptibles d'avoir un impact majeur au niveau international dans les technologies de l'information quantique.
Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une collaboration plus large sur les ressources photoniques pour le calcul quantique « onfly » (projet OQulus : https://www.pepr-quantique.fr/en/projet/oqulus/ ).