Proposition de thèse : Nouvelles approches pour le développement des communications quantiques à base de fibres creuses.


Development of novel photon sources for quantum information based on hollow-core fibers.

L’ED SISMI propose le sujet de thèse suivant :

Intitulé du sujet : Nouvelles approches pour le développement des communications quantiques à base de fibres creuses.

Ce projet serait sous la direction de Fetah Benabid du laboratoire XLIM à l’Université de Limoges

Co-directeurs renseignés : Frédéric Gérôme /

Les financement sont : Financement: demi bourse institutionnelle / demi bourse région

Le début de la thèse est prévu pour : 10/2021

Mots clés du sujet : fibre optique, optique quantique

Présentation du sujet : L’accomplissement de la deuxième révolution quantique nécessite, entre autres, des sources à photon unique combinant un fort ratio signal-bruit, une forte brillance, une forte pureté et une intégrabilité dans le réseau de télécommunication. Dans ce contexte notre équipe a récemment démontré que la génération de paires de photon par mélange à quatre ondes spontané dans une fibre creuse remplie d’un gaz inerte est une approche très séduisante qui pourrait à terme déboucher sur la réalisation de sources à photon unique sans bruit parasitaire (voir la référence : M. Cordier et al., Scientific Reports 10 (1), 1-8, 2020), et des paires intriquées. Dans ce contexte, la mise en œuvre de ces résultats préliminaires sera poursuivie avec pour objectif à moyen terme de développer une véritable plateforme fibrée pour les technologies quantiques à fort degré de contrôle et fonctionnalité.

Objectifs : Durant le début de la thèse, deux actions seront clairement menées :
i) Le développement spécifiques de fibres à cœur creux guidant par le principe de couplage inhibé pour les applications quantiques.
ii) La réalisation d’un générateur de paires de photons universel (accordable en corrélation quantique et en couverture spectrale de la paire de photon) obtenu à partir de ces fibres remplies de gaz. Dans un premier temps, le générateur de paires de photons sera configuré en source à photon unique avec l’objectif de dépasser l’état de l’art en signal-bruit, brillance et pureté. Dans un deuxième temps, le générateur sera configuré en générateur de pair intriquée pour faire une démonstration d’échange de clé quantique.

Description du sujet : L’accomplissement de la deuxième révolution quantique nécessite, entre autres, des sources à photon unique combinant un fort ratio signal-bruit, une forte brillance, une forte pureté et une intégrabilité dans le réseau de télécommunication. Dans ce contexte notre équipe a récemment démontré que la génération de paires de photon par mélange à quatre ondes spontané dans une fibre creuse remplie d’un gaz inerte est une approche très séduisante qui pourrait à terme déboucher sur la réalisation de sources à photon unique sans bruit parasitaire (voir la référence : M. Cordier et al., Scientific Reports 10 (1), 1-8, 2020), et des paires intriquées. Cette configuration singulière lève deux verrous technologiques: i) la fibre creuse peut être conçue et fabriquée de telle façon que la dispersion remplie les conditions d’accord de phase très strictes pour générer les paires de photon dans l’état de corrélation souhaité, et ii) la fibre creuse remplie de gaz rare ne souffre pas de l’effet de diffusion Raman, qui a été un verrou jusqu’ici dans le développement de source à photon unique sans bruit.
Dans ce contexte, la mise en œuvre de ces résultats préliminaires sera poursuivie avec pour objectif à moyen terme de développer une véritable plateforme fibrée pour les technologies quantiques à fort degré de contrôle et fonctionnalité.
Durant le début de la thèse, deux actions seront clairement menées :
i) Le développement spécifiques de fibres à cœur creux guidant par le principe de couplage inhibé pour les applications quantiques.
ii) La réalisation d’un générateur de paires de photons universel (accordable en corrélation quantique et en couverture spectrale de la paire de photon) obtenu à partir de ces fibres remplies de gaz. Dans un premier temps, le générateur de paires de photons sera configuré en source à photon unique avec l’objectif de dépasser l’état de l’art en signal-bruit, brillance et pureté. Dans un deuxième temps, le générateur sera configuré en générateur de pair intriquée pour faire une démonstration d’échange de clé quantique.
Le candidat s’appuiera à la fois sur les compétences du groupe dans la conception et la fabrication des fibres à cœur creux mais aussi sur les bancs expérimentaux existants qui ont permis à partir de la fonctionnalisation de ces fibres de démontrer les premières générations de paires de photon.

Compétences acquises à l’issue de la thèse : Des compétences en optique guidée et en optique quantique sont attendues.

Présentation de l’équipe d’accueil : Le groupe « Gas-phase Photonic & Microwave Materials » (GPPMM) du laboratoire Xlim est un axe de recherche dont un des objectifs scientifiques est de créer une nouvelle thématique dans le domaine de la photonique, matériaux et microonde à base de milieux gazeux (gazes moléculaires, vapeurs atomiques et/ou gazes ionisés). Cette thématique repose sur les travaux pionniers du GPPMM dans le domaine des fibres creuses à cristal photonique et leur fonctionnalisation par la mise en forme de micro-capsules photoniques (ou Photonic MicroCell pour PMC en anglais). Le GPPMM jouit d’une réputation mondiale en tant qu’acteur pionnier et leader dans le domaine de la photonique des milieux gazeux en général et celui des fibres creuses en particulier.

Contacts :
Pr. Fetah BENABID, directeur de recherche CNRS :
Dr. Frédéric GEROME, chargé de recherche CNRS :

Compétences souhaitées pour les candidats : Des compétences en optique quantique seront privilégiées.

Pour plus d’informations et pour candidater, merci de contacter :

Version anglaise du sujet : 3099-PHOT GEROME GB

Date de dépôt : 03/24/2021 à  10 h 11 min




ED SISMI