Thèse Intrication en Mode et Particule en Information Quantique Bosonique et Règles de Superselection H/F

Doctorat_Gouv

Établissement : Université Paris Cité
École doctorale : Physique en Ile de France
Laboratoire de recherche : Matériaux et phénomènes quantiques
Direction de la thèse : Perola MILMAN ORCID 0000000275797742
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-14T23:59:59

Les états et opérations bosoniques sont généralement décrits dans un formalisme autorisant des superpositions arbitraires d'états de Fock. Dans cette représentation, cependant, la référence de phase qui définit la cohérence entre différents secteurs de nombre de photons est le plus souvent traitée comme implicite et effectivement classique. Comme cela a été discuté dans plusieurs travaux, cette hypothèse masque une ressource physique supplémentaire qui n'est pas explicitement prise en compte dans la description standard [1-3]. Une approche plus complète consiste à modéliser la référence de phase elle-même comme un système quantique, la traitant ainsi comme une ressource explicite. Cette perspective permet de clarifier le rôle joué par différentes ressources en information quantique bosonique et en métrologie quantique, notamment l'intrication de modes et de particules [2-4] ainsi que la non-gaussianité [5]. Lorsque la référence de phase est explicitement incluse dans le formalisme, la description devient invariante sous les transformations de référentiel quantique et respecte automatiquement les règles de super-sélection du nombre de photons.

Dans cette thèse, nous étudierons le rôle des différents types d'intrication en information quantique bosonique en utilisant le formalisme compatible avec les règles de super-sélection développé au sein du groupe ces dernières années. En particulier, nous analyserons des témoins et critères d'intrication et de non-localité afin de déterminer à quelles formes d'intrication - intrication de modes et/ou de particules - ils sont effectivement sensibles. Dans plusieurs protocoles mettant en jeu des ressources intriquées, tels que la téléportation quantique, des ressources supplémentaires sont souvent supposées de manière implicite. En particulier, la disponibilité d'une référence de phase partagée est généralement tenue pour acquise. Par conséquent, les protocoles de téléportation impliquant des systèmes bosoniques peuvent en réalité reposer sur davantage de ressources que ce qui est habituellement reconnu [6]. Nous étudierons si des effets similaires apparaissent dans d'autres protocoles - en particulier dans les codes bosoniques - et identifierons les conditions dans lesquelles de telles ressources cachées jouent un rôle. En effet, dans la représentation SSRC, tous les codes bosoniques reposent sur des états intriqués [3]. Enfin, nous explorerons les implications de ces résultats pour la communication quantique et les tests de non-localité avec des systèmes bosoniques, et analyserons leurs liens avec les notions de non-Gaussianité monomode et multimode, en mettant l'accent sur la métrologie quantique.

Bien qu'il s'agisse d'une thèse théorique, une collaboration et des échanges fréquents avec le groupe de Sara Ducci, travaillant sur les expériences autour des paires de photons intriqués en polatisation et fréquence dans la même équipe, est envisagé.

Références :
[1] S. D. Bartlett, T. Rudolph et R. Spekkens, Rev. Mod. Phys. 79, 555 (2007).
[2] E. Descamps et al., Phys. Rev. Lett. 133, 260605 (2024).
[3] E. Descamps et al., [https://doi.org/10.1364/OPTICAQ.581218](https://doi.org/10.1364/OPTICAQ.581218), Optica Quantum, à paraître (2026).
[4] A. Saharyan et al., Phys. Rev. A 113, 022428 (2026).
[5] N. Moulonguet et al., en préparation (2026).
[6] T. Rudolph et B. C. Sanders, Phys. Rev. Lett. 87, 077903 (2001).

Le projet s'inscrit dans le Plan Quantique national, en particulier dans les actions ANR-22-PETQ-0006 et No. ANR-24-CE97-0003 EQUIPPS.