Application
La capacité à générer des taux élevés de paires de photons intriqués est essentielle aux systèmes de distribution de clés µm (QKD) et de traitement de l'information µm (QIP) à l'échelle micrométrique. La QKD offre des perspectives pour une société plus sûre, notamment grâce à la protection des infrastructures critiques et des données sensibles, tandis que le QIP ouvre la voie à une informatique µm micrométrique universelle et tolérante aux pannes, permettant une découverte de médicaments plus rapide et une optimisation des systèmes complexes.
Objectifs clés
- Développer des guides d'ondes en niobate lithi µm à polarisation périodique (PPLN) pour une génération de paires de photons très efficace.
- Concevoir un système optique capable de générer des photons intriqués à haut débit en combinant les capacités de haute efficacité du guide d'ondes avec une source p µm p de haute puissance.
- Démontrer un taux de génération élevé (>1 GHz, conformément aux exigences du marché définies par l'Agence spatiale européenne) de photons intriqués en polarisation aux longueurs d'onde des télécommunications (1560 nm).
- Offrir une voie d'accès au marché pour les cristaux guides d'ondes permettant leur utilisation et pour la source de photons intriqués intégrée.
Réussite du projet
Des guides d'ondes PPLN ont été développés pour assurer une génération de second harmonique (GSH) et une conversion paramétrique spontanée (CPS) à haut rendement. Ces guides d'ondes ont été optimisés pour un fonctionnement monomode à la longueur d'onde fondamentale de 1560 nm, avec un diamètre de mode de fusion (MFD) parfaitement adapté aux cordons de brassage à fibre optique standard (PM1550), permettant ainsi un couplage efficace pour l'intégration dans la fibre [1] .
Un démonstrateur de banc optique a été conçu et construit à l'aide de guides d'ondes PPLN. Le système comprend trois étages ;
- Étape 1, SPDC p µm p source : source à 780 nm basée sur la génération de second harmonique (GSH) d’un laser de télécommunications amplifié (1560 nm). Un guide d’ondes PPLN assure une GSH à haut rendement.
- Étape 2, Génération de paires de photons : Un guide d’ondes PPLN génère des paires de photons à 1560 nm par SPDC. L’intrication de polarisation est obtenue en plaçant le guide d’ondes SPDC dans un interféromètre de Sagnac.
- Étape 3, détection de paires de photons : les photons de signal et d'idler sont séparés en deux chemins, analysés individuellement à l'aide d'optiques de polarisation et mesurés avec desctode photons uniques à nanofils supraconducteurs (SNSPD) pour le comptage de photons uniques corrélés dans le temps (TCSPC).
La mesure du paramètre CHSH (Clauser-Horne-Shimony-Holt) (2 < S = 2,73 < 2,83) démontre l'intrication photonique ; une valeur de CHSH S > 2 en est la preuve. La mesure du taux de génération de paires, en régime de faible gain, démontre un taux maximal de génération de paires µm de 1,48 GHz pour une densité spectrale de probabilité ( µm ) moyenne de 0,1 photon. Ces mesures des performances de la source de démonstration peuvent être traduites en paramètres de distribution de clés µm (QKD). Dans le cas d'un protocole BB84 avec des photons uniques annoncés, le débit maximal de clés secrètes µm pouvant être obtenu avec cette source est calculé à 0,633 Gbit/s pour une fidélité de discrimination de polarisation de 98 %.
Les performances du système de démonstration sont µm dans le tableau 1 et des informations plus détaillées sont disponibles dans [référence manquante] [2].
Taux de génération de paires
Exploitation
Le guide d'ondes SHG/SPDC fonctionnant à 1560/780 nm est désormais disponible sur le marché. Covesion le propose en boîtier couplé à la fibre optique PM1550 ou PM850 en entrée et en sortie, ce qui le rend compatible avec les conversions SHG et/ou SPDC.
Des travaux supplémentaires sont prévus afin de perfectionner la source intriquée pour la rendre apte à la fabrication et à la commercialisation. Ces travaux comprennent la miniaturisation de la source, l'intégration de la source laser p µm p, l'utilisation d'une géométrie entièrement fibrée incluant des modules de guides d'ondes couplés à la fibre et une réduction globale du poids, de la taille et de la puissance (SWaP-c).
Globalement, le projet a démontré avec succès le fonctionnement d'une source de photons à polarisation intriquée à une fréquence de génération supérieure à 1 GHz. Il ouvre ainsi la voie à la mise en œuvre pratique d'une source de photons adaptée aux exigences du marché de la distribution quantique de clés (QKD) et des réseaux µm quantiques.
Références
- Lewis G. Carpenter, Sam A. Berry, Rex HS Bannerman, Alan C. Gray et Corin BE Gawith, « Guides d'ondes à crête MgO:PPLN indiffusés au ZnO », Opt. Express 27, 24538-24544 (2019)
- B. Ndagano et al., « Une source de photons intriqués en polarisation à un taux de gigahertz utilisant des guides d'ondes PPLN de type 0 », Conférence sur les lasers et l'électro-optique (CLEO) 2024, Charlotte, NC, États-Unis, 2024, pp. 1-2.
