• Langue : Anglais
• Discipline : Milieux dilués et optique fondamentale
• Identifiant : 2024ULILR015
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 29/03/2024

Résumé en langue originale

Cette thèse étudie diverses utilisations des systèmes d'imagerie temporelle dans le domaine des communications quantiques et des tâches de traitement de l'information. Premièrement, nous proposons une application de l'imagerie temporelle quantique pour restaurer l'indiscernabilité des photons signal et complémentaire produits lors d'une conversion paramétrique spontanée de type II avec une pompe à large bande pulsée. Nous savons que dans ce cas, le signal et les photons libres ont des propriétés spectrales et temporelles différentes. Nous démontrons que l'insertion d'une lentille temporelle dans un bras de l'interféromètre et le choix approprié de son facteur de grossissement rétablissent une parfaite indiscernabilité du signal et des photons signal et complémentaire une visibilité à 100% de l'interférence de Hong-Ou-Mandel dans la limite de dispersion du retard du groupe focal élevée de la lentille temporelle. Deuxièmement, nous constatons qu'un système d'imagerie à lentille temporelle unique transmet toujours un "chirp" temporel résiduel à l'image, ce qui peut être préjudiciable aux réseaux quantiques, où l'image temporelle interagit avec d'autres champs. Par conséquent, nous montrons qu'un système d'imagerie à deux lentilles temporelles satisfaisant la condition télescopique, un télescope temporel, est nécessaire et suffisant pour créer une image sans chirp. Nous développons également une théorie générale d'un télescope temporel, trouvons les conditions de minimisation des pertes et montrons comment un télescope temporel non inverseur créant une image droite réelle d'un objet temporel peut être construit. Enfin, nous étudions la possibilité de mesurer la fonction d'autocorrélation du second ordre résolue dans le temps de l'un des deux faisceaux générés lors d'une conversion paramétrique descendante de type II en utilisant un grossissement temporel de ce faisceau, amenant son temps de corrélation de la picoseconde à l'échelle de la nanoseconde, résoluble par photodétecteurs modernes. Nous montrons qu'une telle mesure permet de déduire directement le degré de cohérence globale de ce faisceau, qui est lié par une simple relation au nombre de modes de Schmidt caractérisant l'intrication entre les deux faisceaux générés.

Résumé traduit

This dissertation investigates diverse utilizations of temporal imaging systems in the domain of quantumcommunications and information processing tasks. Firstly, we propose an application of quantum tem-poral imaging to restore the indistinguishability of the signal and the idler photons produced in type-IIspontaneous parametric down-conversion with a pulsed broadband pump. It is known that in this case,the signal and the idler photons have different spectral and temporal properties. We demonstrate thatinserting a time lens in one arm of the interferometer and choosing properly its magnification factor re-stores perfect indistinguishability of the signal and the idler photons and provides 100% visibility of theHong-Ou-Mandel interference in the limit of high focal group delay dispersion of the time lens. Secondly,we encounter that a single-time-lens imaging system always imparts a residual temporal chirp on theimage, which may be detrimental for quantum networks, where the temporal image interacts with otherfields. Therefore, we show that a two-time-lens imaging system satisfying the telescopic condition, a timetelescope, is necessary and sufficient for creating a chirpless image. We also develop a general theoryof a time telescope, find the conditions for loss minimization, and show how an erecting time telescopecreating a real image of a temporal object can be constructed. Finally, we study the possibility of mea-suring the time-resolved second-order autocorrelation function of one of two beams generated in type-IIparametric downconversion employing temporal magnification of this beam, bringing its correlation timefrom the picosecond to the nanosecond scale, resolvable by modern photodetectors. We show that sucha measurement enables one to infer directly the degree of global coherence of that beam, which is linkedby a simple relation to the number of Schmidt modes characterizing the entanglement between the twogenerated beams.