EP4453805A1 - Système de conversion d'encodage de qubits discrets en qubits continus - Google Patents

Système de conversion d'encodage de qubits discrets en qubits continus

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Publication number
EP4453805A1
EP4453805A1 EP22835082.3A EP22835082A EP4453805A1 EP 4453805 A1 EP4453805 A1 EP 4453805A1 EP 22835082 A EP22835082 A EP 22835082A EP 4453805 A1 EP4453805 A1 EP 4453805A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
beam splitter
vacuum state
optical path
photon
discrete
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22835082.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Julien LAURAT
Tom DARRAS
Beate Elisabeth ASENBECK
Giovanni GUCCIONE
Adrien CAVAILLES
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Sorbonne Universite
Ecole Normale Superieure de Paris
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Sorbonne Universite
Ecole Normale Superieure de Paris
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Sorbonne Universite, Ecole Normale Superieure de Paris filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP4453805A1 publication Critical patent/EP4453805A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N10/00—Quantum computing, i.e. information processing based on quantum-mechanical phenomena
    • G06N10/40—Physical realisations or architectures of quantum processors or components for manipulating qubits, e.g. qubit coupling or qubit control
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N10/00—Quantum computing, i.e. information processing based on quantum-mechanical phenomena
    • G06N10/80—Quantum programming, e.g. interfaces, languages or software-development kits for creating or handling programs capable of running on quantum computers; Platforms for simulating or accessing quantum computers, e.g. cloud-based quantum computing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic

Definitions

  • the present invention relates to the field of quantum information. It relates more precisely to a system for converting the encoding of quantum bits of discrete quantum variables into continuous quantum variables, making it possible to implement quantum interconnections between heterogeneous systems.
  • Quantum information techniques have developed following two traditionally separate approaches: an approach based on quantum bits, or qubits, encoded into discrete variables and an approach based on qubits encoded into continuous variables.
  • a discrete variable encoding is based on the use of observables whose eigenvalues can take discrete values.
  • Discrete qubits can for example be encoded on the spin of an electron, the polarization of a photon, the presence or absence of a particle or even on a time interval (“time-bin” in English). This last possibility consists in creating a state of superposition of a particle by giving it the possibility of passing through two optical paths of different lengths, thus creating a coherent superposition of the two quantum states of the particle.
  • Continuous variable encoding relies on the use of observables whose eigenvalues can take continuous values.
  • Continuous qubits can for example be encoded by a superposition of coherent states of light.
  • discrete qubits can be more easily stored in quantum memories, but the protocols for manipulating these qubits remain to this day mostly probabilistic.
  • Continuous qubits instead allow the implementation of deterministic protocols such as deterministic teleportation of a state, and can facilitate certain quantum computing functionalities.
  • Various implementations of quantum computers are being made which also rely on different encodings of information.
  • Application US2005/254823 relates to a device for converting or transferring quantum information encoded in the form of photons from a first photon state to a second photon state.
  • Several embodiments of the device are disclosed.
  • the hybrid entangled state between the discrete qubit and the continuous qubit is created with a strong vacuum contribution which can only be ruled out by a post-selection step.
  • a post-selection step is not acceptable for transfer protocols of unknown quantum states, because it is then not possible to determine which events can be ignored.
  • the object of the invention is to meet this need at least in part.
  • the invention relates to a system for converting the encoding of qubits encoded in discrete variable into qubits encoded in continuous variable, comprising: - an input channel of a qubit encoded in discrete variable,
  • a first source of compressed vacuum state in particular an optical parametric oscillator operated below the oscillation threshold, configured to generate a single-mode compressed vacuum state
  • a second compressed vacuum state source in particular an optical parametric oscillator, configured to generate a two-mode compressed vacuum state
  • a first beam splitter arranged to receive photons from the first source of compressed vacuum state, a first output optical path of the first beam splitter constituting an output path of a qubit encoded in continuous variable and a second path output optics of the first beam splitter constituting a channel for conditioning the first source of compressed vacuum state,
  • a second beam splitter polarizing, arranged to receive photons from the second compressed vacuum state source, a first output optical path from the second beam splitter constituting a conditioning channel for the second vacuum state source compressed and a second output optical path of the second beam splitter constituting a signal path of the second compressed vacuum state source,
  • a third beam splitter arranged on the second output optical path of the first beam splitter and on the first output optical path of the second beam splitter, configured to mix photon states of the conditioning channel of the first source d compressed vacuum state and the conditioning channel of the second source of compressed vacuum state,
  • a fourth beam splitter arranged on an optical path of the discrete-variable encoded qubit and on the second output optical path of the second beam splitter, configured to mix photon states of the discrete-variable encoded qubit and of the signal path from the second compressed vacuum state source,
  • the second photon detector being a photon counting device.
  • the invention makes it possible to carry out a hybrid teleportation between continuous variable and discrete variable. This is achieved by mixing the complementary modes of the first and second compressed vacuum state sources, which creates hybrid entanglement, and mixing an input discrete qubit with the discrete mode of the hybrid entanglement state. A Bell measurement is made by the photon counting device, which announces the success of the conversion.
  • the invention allows a qubit encoding conversion that does not require any post-selection step.
  • the beam splitter is for example a semi-reflecting mirror.
  • a compressed vacuum state source is a device comprising nonlinear properties allowing the generation of compressed vacuum states, in particular one-mode or two-mode compressed vacuum states.
  • a compressed vacuum state source is, for example, a single-pass nonlinear crystal, in particular an optical parametric amplifier (OPA), a nonlinear crystal arranged in a cavity, in particular an optical parametric oscillator (OPO), an optical fiber comprising third-order non-linearities, for example obtained by four-wave mixing or by the Kerr effect, or even an atomic system allowing light-matter interactions such as hot vapors or clouds of atoms.
  • OPA optical parametric amplifier
  • OPO optical parametric oscillator
  • the system comprises a fourth photon detector arranged on a second output optical path of the fourth beam splitter.
  • the fourth photon detector is a photon counting device.
  • the fourth photon detector can be used to perform a phase lock or, when it consists of a photon counting device, to perform a Bell measurement.
  • an additional beam splitter is preferably arranged between the fourth splitter and the third detector or between the fourth splitter and the fourth detector, one of the output paths of the beam splitter additional beam being directed towards an additional photon detector, such as a photodiode, making it possible to carry out a phase lock.
  • the system comprises a third photon detector on a second output optical path of the third beam splitter. The third photon detector can be used to perform a phase lock or to prepare a state of hybrid entanglement with a phase opposite to the state prepared by the first photon detector.
  • an additional beam splitter is preferably arranged between the third splitter and the first detector or between the third splitter and the third detector, one of the output channels of the additional beam splitter being directed towards an additional photon detector, such as a photodiode, making it possible to achieve phase locking.
  • the system comprises a device configured to apply a displacement operator, arranged between the second beam splitter and the third beam splitter.
  • system further comprises:
  • a third compressed vacuum state source in particular an optical parametric oscillator below the oscillation threshold, configured to generate a two-mode compressed vacuum state, the second beam splitter being arranged to receive photons from the second and from the third compressed vacuum state sources,
  • a sixth beam splitter polarizing, arranged between the third photon detector and the third beam splitter so that the third photon detector is arranged on a first output optical path of the sixth beam splitter
  • This configuration advantageously makes it possible to convert the encoding of polarization-encoded discrete qubits into continuous qubits.
  • system further comprises:
  • This configuration advantageously makes it possible to convert discrete qubits encoded over a time interval (time-bi ) into continuous qubits.
  • the system then comprises an input channel of a vacuum state connected to an input of the first delay loop and a second displacement device arranged on the input channel of a vacuum state and configured to apply a move operator on the empty state.
  • the second photon detector comprises a seventh beam splitter, a superconducting nanowire single-photon detector or SNSPD arranged on a first output optical path of the seventh beam splitter and a homodyne detector arranged on a second output optical path of the seventh beam splitter.
  • the invention also relates to a conversion assembly comprising a conversion system according to the invention and a system for creating a qubit encoded as a discrete variable, the creation system being configured to transmit a qubit encoded as a discrete variable to the conversion by the input channel of a qubit.
  • the invention also relates to a method for converting the encoding of a qubit encoded as a discrete variable into a qubit encoded as a continuous variable, in particular implemented by a system according to the invention as defined above, comprising the steps consists in :
  • the step of performing the hybrid entanglement between the discrete mode and the continuous mode includes the actions consisting of:
  • the compressed mode and the dual-mode compressed state are preferably each generated by a compressed vacuum state source, such as an optical parametric oscillator, optical parametric amplifier, optical fiber, or atomic system.
  • a compressed vacuum state source such as an optical parametric oscillator, optical parametric amplifier, optical fiber, or atomic system.
  • the Bell measurement is preferably carried out by a photon counting device comprising a beam splitter, an SNSPD detector arranged on a first output optical path of the beam splitter and a homodyne detector arranged on a second output optical path of the splitter of beam.
  • Figure 1 schematically represents a system according to the invention configured to convert a qubit encoded in a discrete variable on the basis of Fock into a qubit encoded in a continuous variable.
  • Figure 2 schematically represents a system according to the invention configured to convert a polarization encoded discrete qubit into a continuous variable encoded qubit.
  • FIG 3 schematically represents a system according to the invention configured to convert a discrete qubit encoded over a time interval (“time-bin”) into a qubit encoded as a continuous variable.
  • FIG 4 is a detail view of a delay loop as used in the system of Figure 3.
  • Figure 5 illustrates a system according to the invention associated with a system for creating a discrete qubit encoded on the basis of Fock.
  • FIG. 1 schematically illustrates a system 1 according to the invention configured to convert a discrete qubit encoded on the Fock basis ⁇
  • the input qubit is encoded as a discrete variable (DV) on the basis of Fock and therefore has the form: [Math 1] co and cie 10 are coefficients that represent information encoded on the input qubit.
  • the output qubit is encoded as a continuous variable (CV) and takes the form:
  • the system 1 transfers the information carried by the input qubit encoded in discrete variable, on the output qubit, encoded in continuous variable.
  • the information is represented by the coefficients co and me 10 .
  • the system 1 comprises a first source of compressed vacuum state 3, in this example an optical parametric oscillator (OPO) operated below the oscillation threshold and configured to generate a compressed vacuum state of monomode light, and a second source of compressed vacuum state 5, in this example an optical parametric oscillator operated below the configured oscillation threshold to generate a compressed vacuum state of dual mode light.
  • a first source of compressed vacuum state 3 in this example an optical parametric oscillator (OPO) operated below the oscillation threshold and configured to generate a compressed vacuum state of monomode light
  • OPO optical parametric oscillator
  • a photon subtraction is performed on the single-mode compressed vacuum state generated by the first OPO 3.
  • the photon subtraction is performed by extracting a fraction of the beam from the compressed vacuum state. This extracted fraction is directed to a photon detector. The detection of a photon on this photon detector announces the creation of the compressed vacuum state with subtraction of a photon.
  • a compressed state of light is a mode which, for some of its quadrature components, has reduced quantum uncertainty compared to a coherent state.
  • the compressed mode generated by the first OPO 3 is directed to a first beam splitter 7.
  • a first output optical path from the first splitter 7 constitutes an output channel 8 for the continuously variable encoded qubit.
  • a second output optical path from the first splitter 7 constitutes a channel for conditioning the continuous mode of the hybrid entanglement.
  • the amplitude reflection coefficient of the first separator is preferably such that r 2 is less than or equal to 0.1, more preferably less than or equal to 0.05, for example equal to 0.03.
  • r 2 is less than or equal to 0.1, more preferably less than or equal to 0.05, for example equal to 0.03.
  • the two-mode compressed vacuum state generated by the second OPO 5 is directed to a second beam splitter 9.
  • a two-mode compressed vacuum state can be seen as a superposition of correlated Fock states, especially at low pump power of entangled photon pairs in orthogonal polarizations.
  • the separator 9 is polarizing in order to separate the two photons corresponding to two Fock states according to their vertical or horizontal polarization.
  • a third beam splitter 11 is arranged on the second output optical path of the first splitter 7 and on a first output optical path of the second splitter 9, constituting a discrete mode conditioning channel.
  • a device 23 configured to apply a displacement operator is arranged between the second beam splitter 9 and the third beam splitter 11.
  • the device 23 comprises a partially reflecting beam splitter configured to mix a mode to be displaced with a coherent state attenuation of corresponding amplitude rl
  • £)(rla) rl represents the amplitude reflection coefficient of the beam splitter of device 23
  • is the amplitude of the mode prepared by the first OPO 3
  • â and â' are respectively the operators of annihilation and creation of photons.
  • the application of this displacement makes it possible to improve the conversion protocol.
  • the movement on the discrete mode conditioning channel at the output of the second separator 9 makes it possible to balance the average number of photons from the second OPO 5 with the average number of photons from the first separator 7, which maximizes the indistinguishability at the level of the third separator 11.
  • the indistinguishability is optimal when rl is equal to the amplitude reflection coefficient r of the first beam splitter 7.
  • a first photon detector 15 and, optionally, a third photon detector 17 are arranged on the two output optical paths of the third splitter 11.
  • the third separator 11 is configured to mix a photon from OPO 3 (continuous mode) and a photon from OPO 5 (discrete mode). In other words, the conditioning channels of the two OPOs 3, 5 are combined at the third separator.
  • the first OPO 3 produces a compressed vacuum state with noise reduction of 5dB or less, more preferably 3dB or less.
  • the arrival of a photon on the first detector 15 corresponds to one of two states which cannot be distinguished from each other, due to the mixing carried out by the third separator.
  • the two states which cannot be distinguished are the following: either the detected photon comes from of the second OPO 5 in which case a compressed vacuum state was present at the output of the first OPO 3 on the output channel 8 and a single photon was present at the output of the second OPO 5, or the detected photon comes from the first OPO 3, in which case a vacuum state was present at the output of the second OPO 5 and a compressed vacuum state with photon subtraction was present on the output channel 8 of the first OPO 3.
  • the detection of a photon on the first detector 15 announces the creation of a hybrid entanglement state of the form
  • the third detector 17 can advantageously be used to perform a phase lock.
  • the third detector 17 can also announce the preparation of an entangled state with a phase opposite to that of the entangled state announced by the first detector 15, that is to say a state of the form
  • an additional beam splitter is preferably arranged between the third splitter 11 and the first detector 15 or between the third splitter 11 and the third detector 17, one output channels of the additional beam splitter being directed to a detector additional photon, such as a photodiode, making it possible to carry out a phase lock.
  • a phase lock is for example carried out by interferometry.
  • the amplitude of an interference fringe is measured on a photon detector, a feedback loop making it possible to remain on an extremum of the fringe by acting on the length of the optical path, for example using a piezoelectric actuator.
  • System 1 also has an input channel 2 for a discrete variable encoded qubit.
  • a fourth beam splitter 13 is arranged on a second output optical path of the second splitter 9 and on the optical path of the input channel 2.
  • the fourth splitter 13 and/or the second splitter 9 and/or the third splitter 11 is a splitter transmitting 50% of the light received and reflecting 50% of the light received.
  • the fourth separator 13 makes it possible to mix the input qubit with the discrete mode from the second OPO 5.
  • a second photon detector 19 and, optionally, a fourth photon detector 21 are each arranged on one of the two output optical paths of the fourth splitter 13.
  • the second detector 19 is a photon counting device.
  • the individual counting of photons achieves a Bell state measurement.
  • Bell's state measurement teleports the information carried by the input qubit to the output qubit.
  • the detection of a photon on the second detector 19 announces the state:
  • the photon counting device is thus for example a superconducting nanowire single-photon detector or SNSPD.
  • a SNSPD type detector achieves high quantum efficiency. However, it generally does not make it possible to distinguish single-photon components from multi-photon components. This is likely to degrade the quality of teleportation.
  • An optical homodyne detection measures interference between a signal and a reference beam, the signal and the reference having a relative phase between them. Homodyne detection makes it possible to measure a quadrature component of the electric field.
  • a homodyne detection can be used as a parity detector.
  • the photon counting device comprises a beam splitter, preferably having an amplitude reflection coefficient r2 such that r2 2 is less than or equal to 0.1, more preferably less than or equal to 0, 05, for example equal to 0.03.
  • a first optical output of this splitter, corresponding to the reflected fraction r2 2 of the beam is directed towards an SNSPD detector and the other optical output, corresponding to the transmitted fraction (l-r2 2 ) of the beam, is directed towards a detector homodyne.
  • Detection by the SNSPD detector makes it possible to rule out the case of the absence of a photon.
  • detection by the SNSPD detector means either that a photon is directed towards the homodyne detector in the case of the initial presence of two photons, or that no photon is directed towards the homodyne detector in the case of the initial presence of a single photon.
  • the homodyne detector makes it possible to discriminate between the presence and the absence of a photon and therefore to determine whether a single photon has entered the photon counting device.
  • the photon counting device can be a detector capable of resolving the number of photons (“photon number resolving detector” or PNRD in English).
  • a detector of this type is able to distinguish the number of incident photons.
  • the second and fourth detectors 19, 21 are both photon counting devices.
  • a detection on the fourth photon detector 21 announces the following state, which has a relative phase difference of value it with the state announced by the second detector 19: [Math 5]
  • This state has a phase opposite to the state announced by a detection on the second photon detector 19. In other words, this amounts to applying the Pauli operator cz to the state announced by the second detector 19.
  • the compensation is for example performed by an adjustable phase delay blade arranged on the output channel 8 according to a possible detection event on the third and fourth detectors 19 and 21.
  • the fourth detector 21 is not a photon counting device and it is configured to perform a phase lock. This can in particular be achieved if the fourth detector 21 is a photodiode.
  • an additional beam splitter is preferably arranged between the fourth splitter 13 and the third detector 19 or between the fourth splitter 13 and the fourth detector 21, one output channels of the additional beam splitter being directed to an additional photon detector, such as a photodiode, making it possible to achieve phase slaving.
  • an interference filter and/or a Fabry-Pérot cavity are arranged in front of the entrance to one or more of the photon detectors, in particular in front of the first and/or in front of the second photon detector.
  • FIG. 2 There is schematically illustrated in Figure 2 a system 1 'according to the invention configured to convert the encoding of a discrete qubit encoded in polarization on the base ⁇
  • the input qubit is encoded in discrete variable (DV) and has the form:
  • [Math 6] co and cie 10 are coefficients that represent information encoded on the input qubit.
  • the output qubit is encoded as a continuous variable (CV) and takes the form: [Math 7]
  • system 1' transfers the information carried by the input qubit, encoded as a discrete variable, to the output qubit, encoded as a continuous variable.
  • system 1' includes a third optical parametric oscillator 25.
  • Third OPO 25 is configured to generate a two-mode light-compressed vacuum state, like second OPO 5.
  • field generated by the third OPO 25 is directed to the second beam splitter 9.
  • the detection of the state of polarization of a photon at the output of the third beam splitter 11 requires the implementation, on each of the two output optical paths of the third splitter, of a polarizing beam splitter 27, 29.
  • Each polarizing separators 27, 29 direct the photons as a function of their state of polarization
  • Detectors 15, 17, 31, 33 are photon counting devices such as S NS PD detectors.
  • a state of hybrid entanglement is announced when a photon in the
  • the announced hybrid entanglement state thus has the form
  • the displacement device 23 and the fourth photon detector 21 are optional.
  • FIG. 3 schematically illustrates a 1” system according to the invention configured to convert the encoding of a discrete qubit encoded on a time-bin on the basis ⁇
  • the discrete qubit is encoded on a distance traveled by a short
  • the input qubit is encoded in discrete variable (DV) and has the form:
  • the output qubit is encoded as a continuous variable (CV) and takes the form:
  • the 1” system transfers the information carried by the input qubit, encoded as a discrete variable, to the output qubit, encoded as a continuous variable.
  • the system 1 comprises several delay loops.
  • Delay loops are used to generate the
  • a delay loop preferably comprises two beam splitters and two mirrors, arranged so as to create a first optical path s and a second optical path 1 longer than the path s.
  • the delay loop 45 comprises a beam splitter 47, one of the output optical paths of which is directed towards the beam splitter 53 and the other optical path of output is directed successively to mirror 49, mirror 51 and then separator 53.
  • a first optical path of the delay loop 45 consists in passing directly from the separator 47 to the separator 51.
  • a second optical path of the delay loop delay consists in passing from the separator 47 to the mirrors 49, 51 and finally to the separator 53.
  • the 1” system comprises a first delay loop 39 arranged between the first beam splitter 7 and the third beam splitter 11.
  • the 1” system also has a vacuum state input channel 35 directed to the first delay loop input beam splitter 39.
  • Input channel 35 provides a CV mode conditioning channel.
  • a displacement device 37 configured to operate a displacement D(ra) on the empty state is arranged between the input channel 35 and the first delay loop 39, where r represents the amplitude reflection coefficient of a device beam splitter 37 and
  • the displacement device 37 can advantageously improve the conversion by making it possible to balance the amplitude of the vacuum state compressed with the fraction of light extracted from the first OPO 3 by the first splitter 7, which makes it possible to maximize the interference at the level of the delay line.
  • the coefficient r of the beam splitter of the device 37 is equal to the coefficient r of the first splitter 7 to maximize this effect.
  • a second delay loop 41 and a third delay loop 43 are arranged respectively between the second beam splitter 9 and the third beam splitter 11, and between the second splitter 9 and the fourth splitter 13.
  • the delay loops 39, 41, 43 make it possible to create
  • a detection on the first photon detector 15 announces the creation of an entangled hybrid state of the form
  • a detection on the optional third photon detector 17 announces the creation of a state of opposite phase, that is to say a state of the form
  • the second and fourth photon detectors 19, 21 can both be photon counting devices. Alternatively, only the second detector 19 is a photon counting device.
  • the fourth detector 21, optional, can also be a photodiode used to perform a phase lock.
  • FIG. 5 An embodiment of a system 1 according to the invention associated with a system 100 for creating a qubit encoded as a discrete variable.
  • System 1 is configured to convert a Fock-based discrete-variable encoded qubit entering through input channel 2 to a continuous-variable encoded qubit exiting through output channel 8.
  • the discrete variable encoded qubit is generated by System 100.
  • System 100 includes an optical parametric oscillator 102 configured to generate a compressed vacuum state of dual mode light.
  • the OPO 102 can generate single photons.
  • the optical output of the OPO 102 is directed to a polarizing beam splitter 104.
  • a first output optical path from the splitter 104 is directed towards the input channel 2 of the conversion system 1, the other output optical path is directed towards the beam splitter 106.
  • a displacement is applied to the announcement mode of a photon generated by the OPO 102, which makes the announcement and displacement modes of the photon indistinguishable.
  • the creation of the qubit is announced by a detection on the SNSPD detector 108.
  • the photodiode 110 makes it possible to control the enslavement of phase 9.
  • the generated discrete qubit has the form:
  • the coefficients co and me 10 are determined by the amplitude and the phase of the displacement of the announcement mode of the photon generated by the OPO 102.
  • the first photon detector 15 is an SNSPD detector and the third photon detector 17 is a photodiode configured to regulate the phase lock.
  • the second photon detector 19 of the conversion system 1 is a photon counting device comprising an SNSPD detector combined with a homodyne detector.
  • the second detector 19 first of all comprises a beam splitter 55.
  • a first output optical path from the splitter 55 is directed towards an SNSPD detector 57 and the other output optical path is directed towards a homodyne detector 59.
  • the homodyne detector 59 comprises a beam splitter 61.
  • An input channel 63 of a reference beam is directed towards the splitter 61.
  • the mixture of the signal and of the reference beam is sent towards two photon detectors 65, preferably photodiodes, which are connected to a device 67 which makes it possible to carry out the homodyne measurement.
  • the device 67 is for example configured to subtract the currents produced by the two photon detectors 65.
  • the fourth photon detector 21 is a photodiode configured to perform phase locking.
  • the hybrid entanglement is prepared by projecting the conditioning pathways of OPOs 3 and 5 by an announcement on the first SNSPD detector 15. This allows to mix the input discrete qubit with the discrete mode of the hybrid entanglement.
  • the Bell measurement is announced by a detection on the SNSPD detector 57 of the second detector 19 followed by a conditioning on the homodyne detection assembly 59.
  • the qubit conversion is announced by simultaneous detection on the two SNSPD detectors 15 and 57.
  • the OPOs 3, 5, 102 are configured to have a bandwidth of approximately 50 MHz and a free spectral interval of 4.3 GHz.
  • the pump power is below the oscillation threshold.
  • the pump light is produced by a continuous laser with a wavelength of 532 nm.
  • the OPOs 3, 5, 102 each produce a signal wave and a complementary wave (or idler) at a wavelength of 1064 nm.
  • the first and second OPOs 3, 5 comprise a linear semi-monolithic cavity.
  • the input mirrors are deposited directly on the crystal of the OPO.
  • the exit mirrors have a radius of curvature of 38 mm.
  • the first OPO 3 comprises a type I periodically polarized potassium titanyl phosphate (PPKTP) crystal, as supplied by Raicol, subjected to a pump power of 15 mW with a noise compression of 4.5 dB. 7% of the produced beam is extracted to create a compressed vacuum state with photon subtraction.
  • the first OPO 3 is doubly resonant, the double resonance being obtained by adjusting the length of the cavity and the temperature of the PPKTP crystal.
  • the second OPO 5 comprises a crystal of potassium titanyl phosphate (KTP) type II, as supplied by the company Raicol, subjected to a pump power of 3.5 mW.
  • KTP potassium titanyl phosphate
  • the OPO 5 is triple resonant, the triple resonance being achieved by adjusting the cavity length, crystal temperature and pump laser wavelength.
  • the OPO 102 comprises a type II KTP crystal subjected to a pump power of 2 mW.
  • the angle of the crystal of the OPO 102 constitutes an additional degree of freedom.
  • the input mirror of the OPO 102 is free and not deposited on the crystal, unlike the OPO 5.
  • the SNSPD detectors 15, 57, 108 are implemented at a temperature of 1.3 K. Before the entrance of each SNSPD detector are arranged an interference filter with a bandwidth of 125 GHz and a Fabry-Pérot cavity with a free spectral interval 330 GHz and 320 MHz bandwidth in order to filter announcement photons.
  • the three SNSPD detectors 15, 57, 108 must each announce an event in the same time interval to announce the success of the teleportation from the discrete qubit to the continuous qubit.
  • An ultra-fast detection module is used to analyze this triple detection, such as the ID 900 Time Controller module from the company ID Quantique.

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Abstract

L'invention concerne un système (1, 1', 1'') de conversion d'encodage de qubits encodés en variable discrète en qubits encodés en variable continue, comprenant : - une première et une deuxième sources d'état de vide comprimé (3, 5) configurées pour générer un état de vide comprimé respectivement monomode et à deux modes, - un premier et un deuxième séparateurs de faisceau (7, 9) agencés pour recevoir respectivement des photons des première et deuxième sources, - un troisième et un quatrième séparateurs de faisceau (11, 13) configurés pour mélanger des états de photon respectivement des voies de conditionnement des première et deuxième sources, et du qubit encodé en variable discrète et de la voie de signal de la deuxième source, - un premier et un deuxième détecteurs (15), agencés en sortie respectivement du troisième et du quatrième séparateurs de faisceau, le deuxième détecteur étant un dispositif de comptage de photons.

Description

Description
Titre : Système de conversion d’encodage de qubits discrets en qubits continus
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine de l’information quantique. Elle concerne plus précisément un système de conversion d’encodage de bits quantiques de variables quantiques discrètes en variables quantiques continues, permettant de mettre en œuvre des interconnexions quantiques entre systèmes hétérogènes.
Technique antérieure
Les techniques d’information quantique se sont développées suivant deux approches traditionnellement séparées : une approche basée sur des bits quantiques, ou qubits, encodés en variables discrètes et une approche basée sur des qubits encodés en variables continues. Un encodage en variable discrète repose sur l’utilisation d’observables dont les valeurs propres peuvent prendre des valeurs discrètes.
Des qubits discrets peuvent par exemple être encodés sur le spin d’un électron, la polarisation d’un photon, la présence ou l’absence d’une particule ou encore sur un intervalle de temps (« time-bin » en anglais). Cette dernière possibilité consiste à créer un état de superposition d’une particule en lui laissant la possibilité de passer par deux chemins optiques de longueur différente, créant ainsi une superposition cohérente des deux états quantiques de la particule. Un encodage en variable continue repose sur l’utilisation d’observables dont les valeurs propres peuvent prendre des valeurs continues.
Des qubits continus peuvent par exemple être encodés par une superposition d’états cohérents de lumière.
Les outils et les concepts développés pour ces deux types de variables sont généralement différents et ils ne peuvent pas être utilisés de manière interchangeable. Ainsi, un dispositif conçu pour manipuler des qubits discrets ne sera généralement pas compatible avec un dispositif conçu pour manipuler des qubits continus.
A titre d’exemple, les qubits discrets peuvent être plus facilement stockés dans des mémoires quantiques, mais les protocoles de manipulation de ces qubits restent à ce jour majoritairement probabilistes. Les qubits continus permettent au contraire l’implémentation de protocoles déterministes tels que la téléportation déterministe d’un état, et peuvent faciliter certaines fonctionnalités de calcul quantique. Diverses implémentations d’ordinateurs quantiques sont en cours de réalisation et reposent également sur des encodages différents de l’information.
Il est donc particulièrement utile de pouvoir convertir l’encodage d’un qubit entre variable discrète et variable continue afin d’assurer une compatibilité entre différents équipements d’information quantique. Cela permet notamment de mettre en œuvre des réseaux quantiques hétérogènes comportant des systèmes manipulant des qubits discrets et des systèmes manipulant des qubits continus.
La demande US2005/254823 porte sur un dispositif de conversion ou de transfert d’information quantique encodée sous forme de photons d’un premier état de photon vers un deuxième état de photon. Plusieurs modes de réalisation du dispositif sont divulgués.
L’article « Entanglement and teleportation between polarization and wave-like encodings of an optical qubit », Sychev et al., Nature Communications 9, 3672, 2018, décrit un dispositif expérimental de téléportation d’un qubit discret encodé en polarisation vers un qubit continu encodé dans une base de superposition d’états cohérents.
Dans ce dispositif, l’état intriqué hybride entre le qubit discret et le qubit continu est créé avec une forte contribution du vide qui ne peut être écartée que par une étape de post-sélection. Or la mise en œuvre d’une étape de post- sélection n’est pas acceptable pour des protocoles de transfert d’états quantiques inconnus, car il n’est alors pas possible de déterminer quels sont les événements qui peuvent être ignorés.
L’article « Engineering optical hybrid entanglement between discrete- and continuous-variable states », Huang et al., New Journal of Physics 21, 083033, 2019, divulgue un concept théorique d’intrication hybride entre qubits discrets et continus. Cependant, aucune mise en œuvre pratique n’est décrite.
Il existe donc un besoin pour proposer un système de conversion d’encodage de qubits discrets en qubits continus qui améliore les performances des dispositifs existants, notamment en éliminant le recours à une étape de post-sélection et rend possible la réalisation de liens quantiques hétérogènes.
Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce besoin.
Exposé de l’invention
Pour ce faire, l’invention concerne un système de conversion d’encodage de qubits encodés en variable discrète en qubits encodés en variable continue, comprenant : - une voie d’entrée d’un qubit encodé en variable discrète,
- une première source d’état de vide comprimé, notamment un oscillateur paramétrique optique opéré sous le seuil d’oscillation, configurée pour générer un état de vide comprimé monomode,
- une deuxième source d’état de vide comprimé, notamment un oscillateur paramétrique optique, configurée pour générer un état de vide comprimé à deux modes,
- un premier séparateur de faisceau agencé pour recevoir des photons de la première source d’état de vide comprimé, un premier chemin optique de sortie du premier séparateur de faisceau constituant une voie de sortie d’un qubit encodé en variable continue et un deuxième chemin optique de sortie du premier séparateur de faisceau constituant une voie de conditionnement de la première source d’état de vide comprimé,
- un deuxième séparateur de faisceau, polarisant, agencé pour recevoir des photons de la deuxième source d’état de vide comprimé, un premier chemin optique de sortie du deuxième séparateur de faisceau constituant une voie de conditionnement de la deuxième source d’état de vide comprimé et un deuxième chemin optique de sortie du deuxième séparateur de faisceau constituant une voie de signal de la deuxième source d’état de vide comprimé,
- un troisième séparateur de faisceau agencé sur le deuxième chemin optique de sortie du premier séparateur de faisceau et sur le premier chemin optique de sortie du deuxième séparateur de faisceau, configuré pour mélanger des états de photon de la voie de conditionnement de la première source d’état de vide comprimé et de la voie de conditionnement de la deuxième source d’état de vide comprimé,
- un quatrième séparateur de faisceau agencé sur un chemin optique du qubit encodé en variable discrète et sur le deuxième chemin optique de sortie du deuxième séparateur de faisceau, configuré pour mélanger des états de photon du qubit encodé en variable discrète et de la voie de signal de la deuxième source d’état de vide comprimé,
- un premier détecteur de photons agencé sur un premier chemin optique de sortie du troisième séparateur de faisceau,
- un deuxième détecteur de photons agencé sur un premier chemin optique de sortie du quatrième séparateur de faisceau, le deuxième détecteur de photons étant un dispositif de comptage de photons.
L’invention permet de réaliser une téléportation hybride entre variable continue et variable discrète. Cela est obtenu en mélangeant les modes complémentaires des première et deuxième sources d’état de vide comprimé, ce qui créé une intrication hybride, et en mélangeant un qubit discret d’entrée avec le mode discret de l’état d’intrication hybride. Une mesure de Bell est effectuée par le dispositif de comptage de photons, ce qui annonce le succès de la conversion.
Ainsi, l’invention permet une conversion d’encodage de qubits qui ne nécessite aucune étape de post-sélection.
Le séparateur de faisceau est par exemple un miroir semi-réfléchissant.
Dans le cadre de l’invention, une source d’état de vide comprimé est un dispositif comportant des propriétés non linéaires permettant la génération d’états de vide comprimés, notamment des états de vide comprimés à un ou à deux modes. Une source d’état de vide comprimé est par exemple un cristal non linéaire en passage unique, notamment un amplificateur paramétrique optique (OPA), un cristal non linéaire agencé dans une cavité, notamment un oscillateur paramétrique optique (OPO), une fibre optique comprenant des non-linéarités de troisième ordre par exemple obtenues par des mélanges à quatre ondes ou par effet Kerr, ou encore un système atomique permettant des interactions lumière-matière tel que des vapeurs chaudes ou des nuages d’atome.
Selon un mode de réalisation préféré, le système comporte un quatrième détecteur de photons agencé sur un deuxième chemin optique de sortie du quatrième séparateur de faisceau.
De préférence, le quatrième détecteur de photons est un dispositif de comptage de photons. Le quatrième détecteur de photons peut être utilisé pour réaliser un asservissement de phase ou, lorsqu’il est constitué par un dispositif de comptage de photons, pour réaliser une mesure de Bell.
Si le quatrième détecteur est utilisé pour réaliser une mesure de Bell, on agence de préférence un séparateur de faisceau supplémentaire entre le quatrième séparateur et le troisième détecteur ou entre le quatrième séparateur et le quatrième détecteur, l’une des voies de sortie du séparateur de faisceau supplémentaire étant dirigée vers un détecteur de photon supplémentaire, tel qu’une photodiode, permettant de réaliser un asservissement de phase. De manière avantageuse, le système comporte un troisième détecteur de photons sur un deuxième chemin optique de sortie du troisième séparateur de faisceau. Le troisième détecteur de photons peut être utilisé pour réaliser un asservissement de phase ou pour préparer un état d’intrication hybride avec une phase opposée à l’état préparé par le premier détecteur de photons.
Si le troisième détecteur n’est pas utilisé pour réaliser un asservissement de phase, on agence de préférence un séparateur de faisceau supplémentaire entre le troisième séparateur et le premier détecteur ou entre le troisième séparateur et le troisième détecteur, l’une des voies de sortie du séparateur de faisceau supplémentaire étant dirigée vers un détecteur de photon supplémentaire, tel qu’une photodiode, permettant de réaliser un asservissement de phase. Selon un mode de réalisation particulier, le système comporte un dispositif configuré pour appliquer un opérateur de déplacement, agencé entre le deuxième séparateur de faisceau et le troisième séparateur de faisceau.
Selon une variante, le système comporte en outre :
- une troisième source d’état de vide comprimé, notamment un oscillateur paramétrique optique sous le seuil d’oscillation, configurée pour générer un état de vide comprimé à deux modes, le deuxième séparateur de faisceau étant agencé pour recevoir des photons de la deuxième et de la troisième sources d’état de vide comprimé,
- un cinquième séparateur de faisceau, polarisant, agencé entre le premier détecteur de photon et le troisième séparateur de faisceau de sorte que le premier détecteur de photons est agencé sur un premier chemin optique de sortie du cinquième séparateur de faisceau,
- un sixième séparateur de faisceau, polarisant, agencé entre le troisième détecteur de photon et le troisième séparateur de faisceau de sorte que le troisième détecteur de photons est agencé sur un premier chemin optique de sortie du sixième séparateur de faisceau,
- un cinquième détecteur de photons agencé sur un deuxième chemin optique de sortie du cinquième séparateur de faisceau et un sixième détecteur de photons agencé sur un deuxième chemin optique de sortie du sixième séparateur de faisceau.
Cette configuration permet avantageusement de convertir l’encodage de qubits discrets encodés en polarisation en des qubits continus.
Alternativement, le système comprend en outre :
- une première boucle de retard agencée entre le premier et le troisième séparateur de faisceau,
- une deuxième boucle de retard agencée entre le deuxième et le troisième séparateur de faisceau, - une troisième boucle de retard agencée entre le deuxième et le quatrième séparateur de faisceau.
Cette configuration permet avantageusement de convertir des qubits discrets encodés sur un intervalle de temps (time-bi ) en qubits continus.
De préférence, le système comprend alors une voie d’entrée d’un état de vide reliée à une entrée de la première boucle de retard et un deuxième dispositif de déplacement agencé sur la voie d’entrée d’un état de vide et configuré pour appliquer un opérateur de déplacement sur l’état de vide.
Avantageusement, le deuxième détecteur de photons comporte un septième séparateur de faisceau, un détecteur de photons uniques par nanofil supraconducteur (« superconducting nanowire single-photon detector » ou SNSPD en anglais) agencé sur un premier chemin optique de sortie du septième séparateur de faisceau et un détecteur homodyne agencé sur un deuxième chemin optique de sortie du septième séparateur de faisceau.
Cette caractéristique améliore la mesure de Bell.
L’invention porte également sur un ensemble de conversion comportant un système de conversion selon l’invention et un système de création d’un qubit encodé en variable discrète, le système de création étant configuré pour transmettre un qubit encodé en variable discrète au système de conversion par la voie d’entrée d’un qubit.
L’invention porte aussi sur un procédé de conversion d’encodage d’un qubit encodé en variable discrète en un qubit encodé en variable continue, notamment mis en œuvre par un système selon l’invention tel que défini ci-dessus, comprenant les étapes consistant à :
- fournir un qubit photonique d’entrée encodé en variable discrète ;
- réaliser une intrication hybride entre un mode discret et un mode continu ;
- réaliser un mélange du qubit d’entrée avec le mode discret de l’intrication hybride ;
- réaliser une mesure de Bell du mélange par détection de photons individuels ;
- obtenir un qubit de sortie encodé en variable continue à partir du mode continu de l’intrication hybride.
De préférence, l’étape de réalisation de l’intrication hybride entre le mode discret et le mode continu comprend les actions consistant à :
- fournir un état de vide comprimé de lumière monomode, constituant le mode continu, et un état de vide comprimé de lumière à deux modes, constituant le mode discret ;
- réaliser une intrication hybride en mélangeant une voie de conditionnement d’états discrets issus de l’état de vide comprimé à deux modes et une voie de conditionnement d’états continus issus de l’état de vide comprimé monomode.
Le mode comprimé et l’état comprimé à deux modes sont de préférence générés chacun par une source d’état de vide comprimé, telle qu’un oscillateur paramétrique optique, un amplificateur paramétrique optique, une fibre optique ou un système atomique.
La mesure de Bell est de préférence réalisée par un dispositif de comptage de photons comportant un séparateur de faisceau, un détecteur SNSPD agencé sur un premier chemin optique de sortie du séparateur de faisceau et un détecteur homodyne agencé sur un deuxième chemin optique de sortie du séparateur de faisceau.
Brève description des dessins
[Fig 1] La figure 1 représente schématiquement un système selon l’invention configuré pour convertir un qubit encodé en variable discrète sur la base de Fock en un qubit encodé en variable continue.
[Fig 2] La figure 2 représente schématiquement un système selon l’invention configuré pour convertir un qubit discret encodé en polarisation en un qubit encodé en variable continue.
[Fig 3] La figure 3 représente schématiquement un système selon l’invention configuré pour convertir un qubit discret encodé sur un intervalle de temps (« time-bin ») en un qubit encodé en variable continue.
[Fig 4] La figure 4 est une vue de détail d’une boucle de retard telle qu’utilisée dans le système de la figure 3.
[Fig 5] La figure 5 illustre un système selon l’invention associé à un système de création d’un qubit discret encodé sur la base de Fock.
Description détaillée
On a illustré schématiquement à la figure 1 un système 1 selon l’invention configuré pour convertir un qubit discret encodé sur la base de Fock { |0>, |1 > }, autrement dit encodé sur la présence |1> ou l’absence |0> d’un photon unique, en un qubit continu encodé sur une base de superposition d’états cohérents { |cat+>, |cat-> } tels que |cat±>oc \a > ±| — a > où |a> et |-a> sont des états cohérents d’amplitude |a|.
Le qubit d’entrée est encodé en variable discrète (DV) sur la base de Fock et a donc la forme : [Math 1] co et cie10 sont des coefficients qui représentent une information encodée sur le qubit d’entrée.
Le qubit de sortie est encodé en variable continue (CV) et prend la forme :
[Math 2]
Ainsi, le système 1 transfère l’information portée par le qubit d’entrée encodé en variable discrète, sur le qubit de sortie, encodé en variable continue. L’information est représentée par les coefficients co et me10.
Le signe + ou - dans l’équation [Math 2] dépend du détecteur utilisé pour réaliser la téléportation.
Le système 1 comporte une première source d’état de vide comprimé 3, dans cet exemple un oscillateur paramétrique optique (OPO) opéré sous le seuil d’oscillation et configuré pour générer un état de vide comprimé de lumière monomode, et une deuxième source d’état de vide comprimé 5, dans cet exemple un oscillateur paramétrique optique opéré sous le seuil d’oscillation configuré pour générer un état de vide comprimé de lumière à deux modes.
De préférence, une soustraction de photon est réalisée sur l’état de vide comprimé monomode généré par le premier OPO 3. La soustraction d’un photon est réalisée par extraction d’une fraction du faisceau de l’état de vide comprimé. Cette fraction extraite est dirigée vers un détecteur de photons. La détection d’un photon sur ce détecteur de photons annonce la création de l’état de vide comprimé avec soustraction d’un photon.
Un état comprimé de lumière est un mode qui, pour certaines de ses composantes de quadrature, a une incertitude quantique réduite par rapport à un état cohérent.
Le mode comprimé généré par le premier OPO 3 est dirigé vers un premier séparateur de faisceau 7. Un premier chemin optique de sortie du premier séparateur 7 constitue une voie de sortie 8 pour le qubit encodé en variable continue. Un deuxième chemin optique de sortie du premier séparateur 7 constitue une voie de conditionnement du mode continu de l’intrication hybride.
Le coefficient de réflexion en amplitude du premier séparateur, noté r, est de préférence tel que r2 est inférieur ou égal à 0,1, de manière plus préférentielle inférieur ou égal à 0,05, par exemple égal à 0,03. Ainsi, une fraction (1-r2) d’un faisceau incident est transmise vers le chemin optique de sortie du premier séparateur 3 constituant la voie de sortie et une fraction r2 d’un faisceau incident est réfléchie vers la voie de conditionnement et vers le troisième séparateur de faisceau 11.
L’état de vide comprimé à deux modes généré par le deuxième OPO 5 est dirigé vers un deuxième séparateur de faisceau 9.
Un état de vide comprimé à deux modes peut être considéré comme une superposition d’états de Fock corrélés, notamment à faible puissance de pompe des paires de photons intriqués dans des polarisations orthogonales. Le séparateur 9 est polarisant afin de séparer les deux photons correspondant à deux états de Fock selon leur polarisation verticale ou horizontale. Un troisième séparateur de faisceau 11 est agencé sur le deuxième chemin optique de sortie du premier séparateur 7 et sur un premier chemin optique de sortie du deuxième séparateur 9, constituant une voie de conditionnement du mode discret.
Optionnellement, un dispositif 23 configuré pour appliquer un opérateur de déplacement est agencé entre le deuxième séparateur de faisceau 9 et le troisième séparateur de faisceau 11. Le dispositif 23 comprend un séparateur de faisceau partiellement réfléchissant configuré pour mélanger un mode à déplacer avec un état cohérent atténué d’amplitude correspondante rl|a|.
L’opérateur de déplacement appliqué est :
[Math 3]
£)(rla) rl représente le coefficient de réflexion en amplitude du séparateur de faisceau du dispositif 23, |a| est l’amplitude du mode préparé par le premier OPO 3, â et â' sont respectivement les opérateurs d’annihilation et de création de photons.
Lorsque l’amplitude |a| de l’état cohérent issu du premier OPO est non calibrée, on ajuste de préférence rl de sorte que l’amplitude rl|a| corresponde à l’amplitude de lumière dans la voie de conditionnement du premier OPO 3.
De manière avantageuse, l’application de ce déplacement permet d’améliorer le protocole de conversion. En effet, le déplacement sur la voie de conditionnement du mode discret en sortie du deuxième séparateur 9 permet d’équilibrer le nombre moyen de photons issus du deuxième OPO 5 avec le nombre moyen de photons issus du premier séparateur 7, ce qui maximise l’indistinguabilité au niveau du troisième séparateur 11. L’indistinguabilité est optimale lorsque rl est égal au coefficient de réflexion en amplitude r du premier séparateur de faisceau 7.
Un premier détecteur de photons 15 et, optionnellement, un troisième détecteur de photons 17 sont agencés sur les deux chemins optiques de sortie du troisième séparateur 11.
Ainsi, le troisième séparateur 11 est configuré pour mélanger un photon issu de l’OPO 3 (mode continu) et un photon issu de l’OPO 5 (mode discret). Autrement dit, on combine au niveau du troisième séparateur des voies de conditionnement des deux OPO 3, 5.
De préférence, le premier OPO 3 produit un état de vide comprimé avec réduction de bruit de 5 dB ou moins, de manière plus préférentielle 3dB ou moins.
L’arrivée d’un photon sur le premier détecteur 15 correspond à l’un de deux états qui ne peuvent être distingués l’un de l’autre, en raison du mélange effectué par le troisième séparateur.
Par exemple, si l’on génère un état de vide avec soustraction de photon à partir de l’état de vide comprimé généré par le premier OPO 3, les deux états qui ne peuvent pas être distingués sont les suivants : soit le photon détecté provient du deuxième OPO 5 auquel cas un état de vide comprimé était présent en sortie du premier OPO 3 sur la voie de sortie 8 et un photon unique était présent en sortie du deuxième OPO 5, soit le photon détecté provient du premier OPO 3, auquel cas un état de vide était présent en sortie du deuxième OPO 5 et un état de vide comprimé avec soustraction de photon était présent sur la voie de sortie 8 du premier OPO 3.
La détection d’un photon sur le premier détecteur 15 annonce la création d’un état d’intrication hybride de la forme |0> |cat+> + 11 > |cat-> .
Le troisième détecteur 17 peut avantageusement être utilisé pour réaliser un asservissement de phase.
Le troisième détecteur 17 peut également annoncer la préparation d’un état intriqué avec une phase opposée à celle de l’état intriqué annoncé par le premier détecteur 15, c’est-à-dire un état de la forme |0> |cat+> - 11 >|cat-> .
Si le troisième détecteur n’est pas utilisé pour réaliser un asservissement de phase, on agence de préférence un séparateur de faisceau supplémentaire entre le troisième séparateur 11 et le premier détecteur 15 ou entre le troisième séparateur 11 et le troisième détecteur 17, l’une des voies de sortie du séparateur de faisceau supplémentaire étant dirigé vers un détecteur de photon supplémentaire, tel qu’une photodiode, permettant de réaliser un asservissement de phase.
Un asservissement de phase est par exemple réalisé par interférométrie. L’amplitude d’une frange d’interférence est mesurée sur un détecteur de photons, une boucle d’asservissement permettant de rester sur un extremum de la frange en agissant sur la longueur du chemin optique, par exemple à l’aide d’un actuateur piézo-électrique.
Le système 1 comporte également une voie d’entrée 2 pour un qubit encodé en variable discrète.
Un quatrième séparateur de faisceau 13 est agencé sur un deuxième chemin optique de sortie du deuxième séparateur 9 et sur le chemin optique de la voie d’entrée 2. De préférence, le quatrième séparateur 13 et/ou le deuxième séparateur 9 et/ou le troisième séparateur 11 est un séparateur transmettant 50 % de la lumière reçue et reflétant 50 % de la lumière reçue. Ainsi, le quatrième séparateur 13 permet de mélanger le qubit d’entrée avec le mode discret issu du deuxième OPO 5.
Un deuxième détecteur de photons 19 et, optionnellement, un quatrième détecteur de photons 21 sont chacun agencés sur un des deux chemins optiques de sortie du quatrième séparateur 13.
Le deuxième détecteur 19 est un dispositif de comptage de photons.
Le comptage individuel des photons réalise une mesure d’état de Bell. La mesure d’état de Bell permet de téléporter l’information portée par le qubit d’entrée vers le qubit de sortie. Ainsi la détection d’un photon sur le deuxième détecteur 19 annonce l’état :
[Math 4]
La mesure de Bell peut être implémentée de différentes manières.
Le dispositif de comptage de photons est ainsi par exemple un détecteur de photons uniques par nanofil supraconducteur (« superconducting nanowire single-photon detector » ou SNSPD en anglais). Un détecteur de type SNSPD atteint une haute efficacité quantique. Toutefois, il ne permet généralement pas de distinguer les composantes à photon unique des composantes à photons multiples. Cela est susceptible de dégrader la qualité de la téléportation.
Il est donc préférable de coupler un détecteur SNSPD avec une détection homodyne. Une détection homodyne optique mesure une interférence entre un signal et un faisceau de référence, le signal et la référence ayant une phase relative entre eux. La détection homodyne permet de mesurer une composante de quadrature du champ électrique.
Dans le cadre de l’invention, une détection homodyne peut être utilisée comme un détecteur de parité.
En combinant un détecteur SNSPD avec une détection homodyne, il est possible de confirmer qu’un unique photon est détecté, ce qui améliore avantageusement la mesure de Bell. Pour réaliser cette combinaison, le dispositif de comptage de photons comporte un séparateur de faisceau, ayant de préférence un coefficient de réflexion en amplitude r2 tel que r22 est inférieur ou égal à 0,1, de manière plus préférentielle inférieur ou égal à 0,05, par exemple égal à 0,03. Une première sortie optique de ce séparateur, correspondant à la fraction r22 réfléchie du faisceau, est dirigée vers un détecteur SNSPD et l’autre sortie optique, correspondant à la fraction transmise (l-r22) du faisceau, est dirigée vers un détecteur homodyne.
Un exemple d’un tel dispositif de comptage de photons 19 est illustré en figure 5.
Pour effectuer la mesure de Bell, il doit être possible de distinguer entre les événements consistant en l’absence d’un photon, la présence d’un photon ou la présence de deux photons au niveau du dispositif de comptage de photons. Une détection par le détecteur SNSPD permet d’écarter le cas de l’absence d’un photon. En utilisant un séparateur de faisceau transmettant une faible fraction d’un faisceau vers le détecteur homodyne, une détection par le détecteur SNSPD signifie soit qu’un photon est dirigé vers le détecteur homodyne dans le cas de la présence initiale de deux photons, soit qu’aucun photon n’est dirigé vers le détecteur homodyne dans le cas de la présence initiale d’un unique photon. Le détecteur homodyne permet de discriminer entre la présence et l’absence d’un photon et donc de déterminer si un photon unique est entré dans le dispositif de comptage de photons.
De manière alternative, le dispositif de comptage de photons peut être un détecteur capable de résoudre le nombre de photons (« photon number resolving detector » ou PNRD en anglais). Un détecteur de ce type est capable de distinguer le nombre de photons incidents. Dans l’exemple illustré en figure 1, les deuxième et quatrième détecteurs 19, 21 sont tous deux des dispositifs de comptage de photons.
Une détection sur le quatrième détecteur de photons 21 annonce l’état suivant, qui a une différence relative de phase de valeur it avec l’état annoncé par le deuxième détecteur 19 : [Math 5]
Cet état a une phase opposée à l’état annoncé par une détection sur le deuxième détecteur de photons 19. Autrement dit, cela revient à appliquer l’opérateur de Pauli cz à l’état annoncé par le deuxième détecteur 19.
Il est toutefois possible de compenser cette différence de phase afin de créer de manière systématique un état de même phase. La compensation est par exemple réalisée par une lame de retard de phase ajustable agencée sur la voie de sortie 8 en fonction d’un événement de détection éventuel sur les troisième et quatrième détecteurs 19 et 21.
De manière alternative, le quatrième détecteur 21 n’est pas un dispositif de comptage de photons et il est configuré pour réaliser un asservissement de phase. Cela peut notamment être réalisé si le quatrième détecteur 21 est une photodiode.
Si le quatrième détecteur n’est pas utilisé pour réaliser un asservissement de phase, on agence de préférence un séparateur de faisceau supplémentaire entre le quatrième séparateur 13 et le troisième détecteur 19 ou entre le quatrième séparateur 13 et le quatrième détecteur 21, l’une des voies de sortie du séparateur de faisceau supplémentaire étant dirigé vers un détecteur de photon supplémentaire, tel qu’une photodiode, permettant de réaliser un asservissement de phase.
Avantageusement, un filtre interférentiel et/ou une cavité Fabry-Pérot sont agencés devant l’entrée l’un ou plusieurs des détecteurs de photons, en particulier devant le premier et/ou devant le deuxième détecteur de photons.
On a illustré schématiquement à la figure 2 un système 1’ selon l’invention configuré pour convertir l’encodage d’un qubit discret encodé en polarisation sur la base { |H>, |V>}, autrement dit encodé sur la polarisation horizontale |H> ou verticale |V> d’un photon, en un qubit continu encodé sur une base de superposition d’états cohérents {| a >, | -a >}.
Les éléments identiques à ceux du mode de réalisation de la figure 1 et remplissant les mêmes fonctions sont identifiés par les mêmes références.
Le qubit d’entrée est encodé en variable discrète (DV) et a la forme :
[Math 6] co et cie10 sont des coefficients qui représentent une information encodée sur le qubit d’entrée.
Le qubit de sortie est encodé en variable continue (CV) et prend la forme : [Math 7]
Ainsi le système 1’ transfère l’information portée par le qubit d’entrée, encodé en variable discrète, sur le qubit de sortie, encodé en variable continue.
A la différence du système 1 illustré à la figure 1, le système 1’ comporte un troisième oscillateur paramétrique optique 25. Le troisième OPO 25 est configuré pour générer un état de vide comprimé de lumière à deux modes, comme le deuxième OPO 5. Le champ généré par le troisième OPO 25 est dirigé vers le deuxième séparateur de faisceau 9.
Ainsi, on mélange les états de photon en sortie des deuxième et troisième OPO au niveau du deuxième séparateur de faisceau 9.
L’utilisation de deux OPO 5, 25 permet de réaliser l’annonce de l’état intriqué hybride, qui nécessite une double détection dans le cas d’un encodage en polarisation. Dans cet exemple, le mode discret de l’intrication hybride est encodé en polarisation.
La détection de l’état de polarisation d’un photon en sortie du troisième séparateur de faisceau 11 requiert la mise en œuvre, sur chacun des deux chemins optiques de sortie du troisième séparateur, d’un séparateur de faisceau polarisant 27, 29. Chacun des séparateurs polarisants 27, 29 dirige les photons en fonction de leur état de polarisation |H> ou |V> vers deux détecteurs, respectivement 15, 31 et 17, 33, qui sont agencés de manière à détecter des photons en sortie des deux séparateurs polarisants 27, 29.
Les détecteurs 15, 17, 31, 33 sont des dispositifs de comptage de photons tels que des détecteurs S NS PD.
Un état d’intrication hybride est annoncé lorsqu’un photon à l’état |H> est détecté en sortie du séparateur 27 et un photon à l’état |V> est détecté en sortie du séparateur 29, ou inversement lorsqu’un photon à l’état |V> est détecté en sortie du séparateur 27 et un photon à l’état |H> est détecté en sortie du séparateur 29.
En fonction du mode de détection, il y a une différence relative de phase de valeur n entre les états annoncés. L’état d’intrication hybride annoncé a ainsi la forme |H>|a> + |V>|-a> dans le premier cas, et |H>|a> - |V>|-a> dans le second cas. Tout comme dans le mode de réalisation de la figure 1, le dispositif de déplacement 23 et le quatrième détecteur de photons 21 sont optionnels.
On a illustré schématiquement à la figure 3 un système 1” selon l’invention configuré pour convertir l’encodage d’un qubit discret encodé sur intervalle de temps (« time-bin » en anglais) sur la base { | s > , |1> } en un qubit continu encodé sur une base de superposition d’états cohérents {| a >, |- a >}. Dans l’exemple illustré, le qubit discret est encodé sur une distance parcourue par un photon courte |s> ou longue |1>.
Les éléments identiques à ceux du mode de réalisation de la figure 1 et réalisant les mêmes fonctions sont identifiés par les mêmes références.
Le qubit d’entrée est encodé en variable discrète (DV) et a la forme :
[Math 8] co et me10 sont des coefficients qui représentent une information encodée sur le qubit d’entrée.
Le qubit de sortie est encodé en variable continue (CV) et prend la forme :
[Math 7]
Ainsi le système 1” transfère l’information portée par le qubit d’entrée, encodé en variable discrète, sur le qubit de sortie, encodé en variable continue.
A la différence du mode de réalisation de la figure 1, le système 1” comporte plusieurs boucles de retard. Les boucles de retard permettent de générer les états |s> et |1> des photons. Une boucle de retard comporte de préférence deux séparateurs de faisceau et deux miroirs, agencés de sorte à créer un premier chemin optique s et un deuxième chemin optique 1 plus long que le chemin s.
Un exemple de boucle de retard 45 est illustré à la figure 4. La boucle de retard 45 comporte un séparateur de faisceau 47, dont l’un des chemins optiques de sortie est dirigé vers le séparateur de faisceau 53 et l’autre chemin optique de sortie est dirigé successivement vers le miroir 49, le miroir 51 puis le séparateur 53.
Ainsi, un premier chemin optique de la boucle de retard 45, appelé s, consiste à passer directement du séparateur 47 au séparateur 51. Un deuxième chemin optique de la boucle de retard, appelé 1, consiste à passer du séparateur 47 aux miroirs 49, 51 et finalement au séparateur 53.
Le système 1” comporte une première boucle de retard 39 agencée entre le premier séparateur de faisceau 7 et le troisième séparateur de faisceau 11.
Le système 1” comporte également une voie d’entrée 35 d’un état de vide dirigée vers le séparateur de faisceau d’entrée de la première boucle de retard 39. La voie d’entrée 35 fournit une voie de conditionnement du mode CV.
Optionnellement, un dispositif de déplacement 37 configuré pour opérer un déplacement D(ra) sur l’état de vide est disposé entre la voie d’entrée 35 et la première boucle de retard 39, où r représente le coefficient de réflexion en amplitude d’un séparateur de faisceau du dispositif 37 et |a| représente l’amplitude de l’état de la voie d’entrée 35, qui dépend notamment de la compression effectuée par le premier OPO 3. Le dispositif de déplacement 37 peut avantageusement améliorer la conversion en permettant d’équilibrer l’amplitude de l’état de vide comprimé avec la fraction de lumière extraite du premier OPO 3 par le premier séparateur 7, ce qui permet de maximiser l’interférence au niveau de la ligne de retard. De préférence, le coefficient r du séparateur de faisceau du dispositif 37 est égal au coefficient r du premier séparateur 7 pour maximiser cet effet.
Une deuxième boucle de retard 41 et une troisième boucle de retard 43 sont agencées respectivement entre le deuxième séparateur de faisceau 9 et le troisième séparateur de faisceau 11, et entre le deuxième séparateur 9 et le quatrième séparateur 13.
Ainsi, les boucles de retard 39, 41, 43 permettent de créer des modes |s> ou |1> sur les différents faisceaux.
Comme dans le mode de réalisation de la figure 1, une détection sur le premier détecteur de photons 15 annonce la création d’un état hybride intriqué de la forme |s>|a> + |l>|-a>. Une détection sur le troisième détecteur de photons 17, optionnel, annonce la création d’un état de phase opposée, c’est-à-dire un état de la forme |s>|a> - |l>|-a>.
Les deuxième et quatrième détecteurs de photons 19, 21 peuvent être tous deux des dispositifs de comptage de photons. Alternativement, seul le deuxième détecteur 19 est un dispositif de comptage de photons. Le quatrième détecteur 21, optionnel, peut également être une photodiode utilisée pour réaliser un asservissement de phase. Exemple
On a représenté à la figure 5 un mode de réalisation d’un système 1 selon l’invention associé à un système 100 de création d’un qubit encodé en variable discrète.
Les éléments identiques à ceux du mode de réalisation de la figure 1 et réalisant les mêmes fonctions sont identifiés par les mêmes références.
Le système 1 est configuré pour convertir un qubit encodé en variable discrète sur la base de Fock entrant par la voie d’entrée 2 en un qubit encodé en variable continue sortant par la voie de sortie 8.
Le qubit encodé en variable discrète est généré par le système 100.
Le système 100 comporte un oscillateur paramétrique optique 102 configuré pour générer un état de vide comprimé de lumière à deux modes. L’OPO 102 peut générer des photons uniques. La sortie optique de l’OPO 102 est dirigée vers un séparateur de faisceau 104 polarisant. Un premier chemin optique de sortie du séparateur 104 est dirigé vers la voie d’entrée 2 du système de conversion 1, l’autre chemin optique de sortie est dirigé vers le séparateur de faisceau 106.
Afin de générer le qubit discret, un déplacement est appliqué sur le mode d’annonce d’un photon généré par l’OPO 102, ce qui rend indistinguables les modes d’annonce et de déplacement du photon. La création du qubit est annoncée par une détection sur le détecteur SNSPD 108. La photodiode 110 permet de contrôler l’asservissement de la phase 9.
Le qubit discret généré a la forme :
[Math 1]
Les coefficients co et me10 sont déterminés par l’amplitude et la phase du déplacement du mode d’annonce du photon généré par l’OPO 102.
Dans cet exemple, le premier détecteur de photons 15 est un détecteur SNSPD et le troisième détecteur de photons 17 est une photodiode configurée pour réguler l’asservissement en phase.
Le deuxième détecteur de photons 19 du système de conversion 1 est un dispositif de comptage de photons comportant un détecteur SNSPD combiné à un détecteur homodyne. Ainsi, le deuxième détecteur 19 comporte tout d’abord un séparateur de faisceau 55. Un premier chemin optique de sortie du séparateur 55 est dirigé vers un détecteur SNSPD 57 et l’autre chemin optique de sortie est dirigé vers un détecteur homodyne 59.
Le détecteur homodyne 59 comporte un séparateur de faisceau 61. Une voie d’entrée 63 d’un faisceau de référence est dirigé vers le séparateur 61. Le mélange du signal et du faisceau de référence est envoyé vers deux détecteurs de photons 65, de préférence des photodiodes, qui sont reliées à un dispositif 67 qui permet de réaliser la mesure homodyne. Le dispositif 67 est par exemple configuré pour soustraire les courants produits par les deux détecteurs de photons 65.
Le quatrième détecteur de photons 21 est une photodiode configurée pour réaliser l’asservissement en phase.
Ainsi, l’intrication hybride est préparée en projetant les voies de conditionnement des OPO 3 et 5 par une annonce sur le premier détecteur SNSPD 15. Cela permet de mélanger le qubit discret d’entrée avec le mode discret de l’intrication hybride.
La mesure de Bell est annoncée par une détection sur le détecteur SNSPD 57 du deuxième détecteur 19 suivie par un conditionnement sur l’ensemble de détection homodyne 59.
La conversion du qubit est annoncée par détection simultanée sur les deux détecteurs SNSPD 15 et 57.
Dans l’exemple de la figure 5, les OPO 3, 5, 102 sont configurés pour avoir une bande- passante d’environ 50 MHz et un intervalle spectral libre de 4,3 GHz. La puissance de pompe est inférieure au seuil d’oscillation. La lumière de pompe est produite par un laser continu de longueur d’onde 532 nm. Les OPO 3, 5, 102 produisent chacun une onde de signal et une onde complémentaire (ou idler) à une longueur d’onde de 1064 nm.
Les premier et deuxième OPO 3, 5 comprennent une cavité semi-monolithique linéaire. Les miroirs d’entrée sont déposés directement sur le cristal de l’OPO. Les miroirs de sortie ont un rayon de courbure de 38 mm.
Le premier OPO 3 comprend un cristal de phosphate de titanyle et de potassium périodiquement polarisé (PPKTP) de type I, tel que fourni par l’entreprise Raicol, soumis à une puissance de pompe de 15 mW avec une compression de bruit de 4,5 dB. 7 % du faisceau produit est extrait pour créer un état de vide comprimé avec soustraction de photon. Le premier OPO 3 est doublement résonnant, la double résonnance étant obtenue par ajustement de la longueur de la cavité et la température du cristal de PPKTP.
Le deuxième OPO 5 comprend un cristal de phosphate de titanyle et de potassium (KTP) de type II, tel que fourni par l’entreprise Raicol, soumis à une puissance de pompe de 3,5 mW. L’OPO 5 est triplement résonnant, la triple résonnance étant obtenue par ajustement de la longueur de la cavité, de la température du cristal et de la longueur d’onde du laser de pompe. L’OPO 102 comprend un cristal de KTP de type II soumis à une puissance de pompe de 2 mW. Afin d’obtenir une triple résonance simultanée des OPO 5 et 102, l’angle du cristal de l’OPO 102 constitue un degré de liberté supplémentaire. A cette fin, le miroir d’entrée de l’OPO 102 est libre et non déposé sur le cristal, au contraire de l’OPO 5.
Les détecteurs SNSPD 15, 57, 108 sont mis en œuvre à une température de 1,3 K. Avant l’entrée de chaque détecteur SNSPD sont agencés un filtre interférentiel de bande passante 125 GHz et une cavité Fabry-Pérot d’intervalle spectral libre 330 GHz et de bande passante 320 MHz afin de filtrer les photons d’annonce.
Les trois détecteurs SNSPD 15, 57, 108 doivent chacun annoncer un événement dans un même intervalle de temps pour annoncer le succès de la téléportation du qubit discret vers le qubit continu. Un module de détection ultra-rapide est utilisé pour analyser cette triple détection, tel que le module ID 900 Time Controller de l’entreprise ID Quantique.
D’autres variantes et améliorations peuvent être prévues sans pour autant sortir du cadre de l’invention.

Claims

Revendications
1. Système (1, 1’, 1”) de conversion d’encodage de qubits encodés en variable discrète en qubits encodés en variable continue, comprenant :
- une voie d’entrée (2) d’un qubit encodé en variable discrète,
- une première source d’état de vide comprimé (3), notamment un oscillateur paramétrique optique sous le seuil d’oscillation, configurée pour générer un état de vide comprimé monomode,
- une deuxième source d’état de vide comprimé (5), notamment un oscillateur paramétrique optique sous le seuil d’oscillation, configurée pour générer un état de vide comprimé à deux modes,
- un premier séparateur de faisceau (7) agencé pour recevoir des photons de la première source d’état de vide comprimé, un premier chemin optique de sortie du premier séparateur de faisceau constituant une voie de sortie (8) d’un qubit encodé en variable continue et un deuxième chemin optique de sortie constituant une voie de conditionnement de la première source d’état de vide comprimé,
- un deuxième séparateur de faisceau (9), polarisant, agencé pour recevoir des photons de la deuxième source d’état de vide comprimé, un premier chemin optique de sortie du deuxième séparateur de faisceau constituant une voie de conditionnement de la deuxième source d’état de vide comprimé et un deuxième chemin optique de sortie constituant une voie de signal de la deuxième source d’état de vide comprimé,
- un troisième séparateur de faisceau (11) agencé sur le deuxième chemin optique de sortie du premier séparateur de faisceau et sur le premier chemin optique de sortie du deuxième séparateur de faisceau, configuré pour mélanger des états de photon de la voie de conditionnement de la première source d’état de vide comprimé et de la voie de conditionnement de la deuxième source d’état de vide comprimé,
- un quatrième séparateur de faisceau (13) agencé sur un chemin optique du qubit encodé en variable discrète et sur le deuxième chemin optique de sortie du deuxième séparateur de faisceau, configuré pour mélanger des états de photon du qubit encodé en variable discrète et de la voie de signal de la deuxième source d’état de vide comprimé,
- un premier détecteur de photons (15) agencé sur un premier chemin optique de sortie du troisième séparateur de faisceau, - un deuxième détecteur de photons (19) agencé sur un premier chemin optique de sortie du quatrième séparateur de faisceau, le deuxième détecteur de photons étant un dispositif de comptage de photons, le système comportant en outre un troisième détecteur de photons (17) sur un deuxième chemin optique de sortie du troisième séparateur de faisceau et un quatrième détecteur de photons (21) agencé sur un deuxième chemin optique de sortie du quatrième séparateur de faisceau.
2. Système selon la revendication précédente, le quatrième détecteur de photons étant un dispositif de comptage de photons.
3. Système selon l’une des revendications précédentes, comportant un dispositif (23) configuré pour appliquer un opérateur de déplacement agencé entre le deuxième séparateur de faisceau et le troisième séparateur de faisceau.
4. Système selon l’une des revendications précédentes, comportant en outre :
- une troisième source d’état de vide comprimé (25), notamment un oscillateur paramétrique optique sous le seuil d’oscillation, configurée pour générer un état de vide comprimé à deux modes, le deuxième séparateur de faisceau étant agencé pour recevoir des photons de la deuxième et de la troisième sources d’état de vide comprimé,
- un cinquième séparateur de faisceau (27), polarisant, agencé entre le premier détecteur de photon (15) et le troisième séparateur de faisceau (11) de sorte que le premier détecteur de photons est agencé sur un premier chemin optique de sortie du cinquième séparateur de faisceau,
- un sixième séparateur de faisceau (29), polarisant, agencé entre le troisième détecteur de photon (17) et le troisième séparateur de faisceau (11) de sorte que le troisième détecteur de photons est agencé sur un premier chemin optique de sortie du sixième séparateur de faisceau,
- un cinquième détecteur de photons (31) agencé sur un deuxième chemin optique de sortie du cinquième séparateur de faisceau (27) et un sixième détecteur de photons (33) agencé sur un deuxième chemin optique de sortie du sixième séparateur de faisceau (29).
5. Système selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant en outre :
- une première boucle de retard (39) agencée entre le premier et le troisième séparateur de faisceau,
- une deuxième boucle de retard (41) agencée entre le deuxième et le troisième séparateur de faisceau,
- une troisième boucle de retard (43) agencée entre le deuxième et le quatrième séparateur de faisceau.
6. Système selon la revendication précédente, comprenant une voie d’entrée (35) d’un état de vide reliée à une entrée de la première boucle de retard et un deuxième dispositif de déplacement (37) agencé sur la voie d’entrée d’un état de vide et configuré pour appliquer un opérateur de déplacement sur l’état de vide.
7. Système selon l’une des revendications précédentes, le deuxième détecteur de photons (19) comportant un septième séparateur de faisceau (55), un détecteur SNSPD (57) agencé sur un premier chemin optique de sortie du septième séparateur de faisceau et un détecteur homodyne (59) agencé sur un deuxième chemin optique de sortie du septième séparateur de faisceau.
8. Ensemble de conversion comportant un système de conversion selon l’une des revendications précédentes et un système de création (100) d’un qubit encodé en variable discrète, le système de création étant configuré pour transmettre un qubit encodé en variable discrète au système de conversion par la voie d’entrée (2) d’un qubit.
9. Procédé de conversion d’encodage d’un qubit encodé en variable discrète en un qubit encodé en variable continue mis en œuvre par un système selon l’une des revendications 1 à 7, comprenant les étapes consistant à :
- fournir un qubit photonique d’entrée encodé en variable discrète ;
- réaliser une intrication hybride entre un mode discret et un mode continu ;
- réaliser un mélange du qubit d’entrée avec le mode discret de l’intrication hybride ;
- réaliser une mesure de Bell du mélange par détection de photons individuels ;
- obtenir un qubit de sortie encodé en variable continue à partir du mode continu de l’intrication hybride.
10. Procédé selon la revendication précédente, l’étape réalisant l’intrication hybride entre le mode discret et le mode continu comprenant les actions consistant à :
- fournir un état de vide de lumière monomode, constituant le mode continu, et un état de vide comprimé de lumière à deux modes, constituant le mode discret ;
- réaliser une intrication hybride en mélangeant une voie de conditionnement d’états discrets issus de l’état de vide comprimé à deux modes et une voie de conditionnement d’états continus issus de l’état de vide comprimé monomode.
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