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CHABAUD Ulysse

Docteur (Moniteur, )
Équipe : QI
Localisation : Campus Pierre et Marie Curie
    Sorbonne Université - LIP6
    Boîte courrier 169
    Couloir 25-26, Étage 1, Bureau 104
    4 place Jussieu
    75252 PARIS CEDEX 05
Tel: 01 44 27 44 88, Ulysse.Chabaud (at) nulllip6.fr
Direction de recherche : Damian MARKHAM
Co-encadrement : KASHEFI Elham

Advantages quantiques en variable continue et applications en optique quantique

La physique quantique a apporté une révolution conceptuelle quant à la nature de notre monde et apporte aujourd’hui une révolution technologique. En effet, l’utilisation de l’information quantique promet des applications surclassant les machines actuelles, dites classiques. La théorie de l’information quantique en variable continue porte sur l’étude des possibilités qu’offre l’encodage de l’information dans des degrés de liberté continus de systèmes quantiques. Mathématiquement, cette théorie étend l’étude de l’information quantique aux états quantiques dans des espaces de Hilbert de dimension infinie. Elle offre des perspectives différentes de l’information quantique en variable discrète et est notamment adaptée à la description des états quantiques de lumière. L’optique quantique est ainsi une plateforme expérimentale naturelle pour développer des applications quantiques en variable continue.
La thèse s’articule autour de trois questions principales :
  • D’où provient l’avantage quantique, c’est-à-dire la capacité des machines quantiques à surclasser les machines classiques ?
  • Comment s’assurer du bon fonctionnement d’une machine quantique ?
  • Quels avantages peut-on tirer en pratique de l’utilisation de l’information quantique ?
Ces trois questions sont au cœur du développement des technologies quantiques, et nous y apportons plusieurs réponses dans le cadre de la théorie de l’information quantique en variable continue et de l’optique quantique linéaire.
L’avantage quantique en variable continue provient notamment de l’utilisation d’états quantiques dits non-gaussiens. Nous introduisons le formalisme stellaire permettant de caractériser ces états. Nous étudions ensuite la transition entre les modèles de calcul en variable continue simulables classiquement et les modèles universels pour le calcul quantique. Nous démontrons en particulier la suprématie quantique de calcul grâce à des mesures gaussiennes.
La certification quantique correspond à l’ensemble des méthodes visant à vérifier le bon fonctionnement d’une machine quantique. Nous abordons la certification des états quantiques en variable continue, introduisant différents protocoles selon les hypothèses faites sur l’état testé. Nous développons des méthodes efficaces pour la vérification d’une large classe d’états quantiques multimodes, dont les états de sortie du modèle Boson Sampling, permettant la vérification expérimentale de la suprématie quantique.
Nous donnons ensuite plusieurs exemples d’utilisation pratique de l’information quantique en optique quantique linéaire. Nous mettons en évidence une connexion entre la capacité à distinguer deux états quantiques et la capacité à effectuer des mesures quantiques programmables universelles, dont nous détaillons plusieurs implémentations en optique linéaire fondées sur l’utilisation de photons uniques ou d’états cohérents. Enfin, nous obtenons, grâce à l’optique linéaire, la première implémentation d’un protocole quantique pour le « jeté de pièce faible », un élément de base de nombreuses applications cryptographiques.
Soutenance : 22/07/2020 - 10h00 - Visioconférence
Membres du jury :
Andreas Winter [rapporteur]
Anthony Leverrier [rapporteur]
Perola Milman
Sébastien Tanzili
Gerardo Adesso
Damian Markham
Elham Kashefi

Publications 2017-2020

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