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Short view PhD thesis
Génération d'états non-classiques et intrication en variables continues à l'aide d'un oscillateur paramétrique optique
Laurat J.
Thèses. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (27/09/2004), FABRE Claude (Dir.)
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Julien Laurat1
1:  LKB (Jussieu) - Laboratoire Kastler Brossel
http://www.lkb.ens.fr
CNRS : UMR8552 – Université Pierre et Marie Curie (UPMC) - Paris VI – École normale supérieure [ENS] - Paris
Case 74 - Tour 12, 4 place Jussieu, F-75252 Paris CEDEX 05
France
Génération d'états non-classiques et intrication en variables continues à l'aide d'un oscillateur paramétrique optique
Non-classical states generation and continuous variable entanglement with an optical parametric oscillator
2004-09-27
Cette thèse est consacrée à l'étude théorique et expérimentale de différents niveaux de corrélations quantiques en variables continues, mettant en jeu une ou deux quadratures. Dans cet objectif, un oscillateur paramétrique optique de type II, où signal et complémentaire sont émis suivant des polarisations orthogonales, a été développé. Une lame biréfringente introduite à l'intérieur de la cavité induit un couplage des deux modes et permet un fonctionnement dégénéré en fréquence.

Un protocole original de préparation conditionnelle d'un état non-classique, de distribution statistique sub-Poissonienne, a été étudié théoriquement et mis en oeuvre expérimentalement. Il repose sur les corrélations d'intensité des faisceaux émis au-dessus du seuil en l'absence de lame. Une compression de 9.5 dB du bruit sur la différence d'intensité a été obtenue.

En présence de la lame, les faisceaux émis sont dégénérés en fréquence et en principe intriqués. La dégénérescence a permis la première mesure des anti-corrélations de phase au-dessus du seuil. Malgré un excès de bruit qui reste à expliquer, ce résultat ouvre une voie intéressante pour la génération directe d'états intriqués intenses. L'oscillateur paramétrique optique, avec ou sans lame, peut également fonctionner au-dessous du seuil et générer des faisceaux fortement intriqués. L'intrication obtenue, stable pendant plusieurs heures, est la plus forte observée à ce jour et elle est préservée jusqu'à des fréquences de bruit très basses. En présence de la lame, les propriétés quantiques originales du système sont également détaillées et une opération passive, réalisée à l'aide de lames biréfringentes, est mise en évidence pour optimiser l'intrication. L'action d'opérations passives sur un état à deux modes est discutée théoriquement.
This thesis studies, both theoretically and experimentally, different levels of quantum correlations in the continuous variables regime, where one or two quadratures are concerned. For this purpose, a type II optical parametric oscillator, where signal and idler beams are orthogonally polarized, has been developed. A birefringent plate inserted inside the cavity creates a coupling of the two modes and results in a frequency degenerate operation.
An original protocol of conditional preparation of a non-classical state, with a sub-Poissonian noise distribution, has been studied theoretically and realized experimentally. It relies on the intensity quantum correlations of the beams emited above threshold without the plate. A reduction by 9.5 dB of the noise on the intensity difference has been obtained.
With the plate, the beams are at the same frequency and, in principle, entangled. The degenerate operation has permited for the first time to measure the phase anti-correlations above threshold. In spite of a slight excess noise, this result opens a promising way to generate directly bright entangled beams. The optical parametric oscillator, with or without the plate, can also be operated below threshold and generate strongly entangled modes. The measured entanglement, stable during many hours, is the strongest reported to date and is preserved for noise frequencies as low as 50 kHz. With the plate, the original quantum properties are detailed and a passive operation, realized with birefringent plates, is put into evidence to maximize the entanglement. The action of passive operations on a two-mode state is discussed theoretically.
Physics/Physics/Atomic Physics

Université Pierre et Marie Curie - Paris VI
French

FABRE Claude

optique non-linéaire – oscillateur paramétrique optique – OPO – verrouillage de modes – polarisation – variables continues – états comprimés – corrélations quantiques – intrication – EPR – information quantique – préparation conditionnelle
nonlinear optics – optical parametric oscillator – OPPO – mode locking – polarization – continuous variables – squeezed states – squeezing – quantum correlations – entanglement – EPR – quantum information – conditional preparation