Étude théorique et expérimentale de superpositions quantiques cohérentes et d'états intriqués non-gaussiens de la lumière

Abstract

Cette these porte sur la manipulation d'etats non-classiques de la lumiere, et leurs applications a l'information quantique. Nous montrons que les outils propres a une description discrete, ou la lumiere est consideree comme un ensemble de photons, peuvent etre efficacement combines avec une approche continue, ou l'on s'interesse aux quadratures de l'onde electromagnetique, pour creer, transformer et analyser des etats quantiques complexes. Nous avons ainsi prepare des impulsions lumineuses ultrabreves dans des etats "chat de Schrodinger" (superpositions quantiques d'etats coherents). Le champ electromagnetique de l'onde lumineuse n'est alors plus decrit par une distribution statistique classique, mais par une fonction de Wigner prenant des valeurs negatives. Grâce a une reconstruction par tomographie homodyne, nous avons realise la premiere observation experimentale de cette negativite pour de petits " chatons de Schrodinger " en propagation libre. Nous avons ensuite developpe et demontre experimentalement un protocole permettant de preparer des " chats de Schrodinger " optiques de taille arbitraire et d'ouvrir la voie vers de multiples applications en information quantique. Nous avons egalement montre que la soustraction conditionnelle de photons permettait d'augmenter l'intrication d'etats gaussiens. Avec cette approche, nous avons intrique deux impulsions separees et independantes, en utilisant un canal quantique de fortes pertes. On peut ainsi preparer, entre deux sites eloignes, des etats fortement intriques a fonction de Wigner negative, element essentiel pour la distillation d'intrication et les communications quantiques a grande distance.