Cavité optiques à impulsions synchronisées pour l'optique quantique et les systèmes d'information quantique – SPOCQ

L’information quantique est un domaine de recherche qui offre de nouvelles perspectives pour les télécommunications et le traitement de l'information par l'intermédiaire de la manipulation cohérente de systèmes quantiques. Si ce domaine relativement nouveau a déjà montré son potentiel à travers de nombreuses démonstrations de faisabilités, nous sommes encore loin d'exploiter pleinement toutes les possibilités offertes par l’information quantique: de nombreux progrès sont encore nécessaires pour avoir des taux d’émission plus élevés, de meilleures fidélités, et la maîtrise d’états et d’opérations quantiques complexes.
Dans ce cadre, l'optique quantique offre de nombreux avantages pour un grand nombre d'applications , y compris la métrologie quantique et l'informatique quantique. Par exemple, on peut efficacement mettre en œuvre le calcul quantique avec de l'optique linéaire, à condition que l'information soit codée sur des états cohérents, et à condition que les états « chat de Schrödinger », qui sont une ressource de base pour ces protocoles, puissent être générés de manière efficace. Le projet a pour objectif principal la conception de nouveaux outils pour l'optique quantique et les systèmes d'information quantique afin d'ouvrir la voie à une nouvelle génération de démonstrateurs quantiques. Des cavités optiques synchrones, fonctionnant en régime impulsionnel, seront ainsi développées avec différents objectifs clés :
- d’une part, de tels systèmes optiques permettent d’augmenter la puissance du faisceau pompe utilisé dans des interactions non-linéaires telles que la génération de seconde harmonique, ou la génération d'états comprimés ou de paires de photons ; ceci permettra notamment de produire des états comprimés en temps, avec des applications en métrologie;
- d’autre part, ces systèmes se trouvent être une solution simple et efficace pour le stockage d’informations quantiques, et pour la mise en œuvre de protocoles itératifs qui peut en découler. Ils peuvent ainsi être utilisés comme un outil efficace pour générer des états « chat de Schrödinger ».
Ces nouveaux outils vont ouvrir de nouvelles perspectives dans le domaine de l’information quantique avec une percée technologique majeure permettant de mettre en œuvre expérimentalement des concepts qui sont encore dans le domaine de la théorie.
Le projet SPOCQ réunit le groupe “d’Optique Quantique” du Laboratoire Charles Fabry (partenaire 1, LCF, coordinateur), le groupe “d’Optique Quantique” du Laboratoire Kastler Brossel (partenaire 2, LKB), et l’équipe “d’Information Quantique avec la Lumière et la Matière” du Laboratoire de Physique de la Matière Condensée (partenaire 3, LPMC). Le partenaire LCF a obtenu la première generation d’états “chats de Schrödinger optiques” en espace libre, et a une longue expérience de l’optique quantique en régime impulsionnel. Le partenaire LKB a été le premier à développer des cavités synchrones pour l’optique quantique, et le partenaire LPMC a une expérience de premier plan des sources de photons uniques à taux de répétition élevé. Ces compétences très complémentaires sont un atout pour le succès de ce projet. Cette proposition se situe au-delà de l'état de l’art tout en restant pleinement et dans les compétences et les capacités actuelles des partenaires.