Point de départ

Le projet dispose de l’équipement nécessaire à la mise en place de plusieurs protocoles de communication quantiques, entre deux interlocuteurs, les fameux Alice et Bob :

  • une source fibrée de photons intriqués à 1,55 microns,
  • plusieurs détecteurs de photons uniques (InGaAs),
  • plusieurs modules de comptage de photons unique et de corrélation
  • Un contrôleur électro-optique fibré d’état de polarisation
  • Des composants optiques (collimateurs, fibres, lames demi et quart d’onde…) permettant de construire les liens optiques et les différents canaux de détection.

Ce matériel, distribué par la société Aurea, peut être piloté par les interfaces logicielles fournies ou en Python, en Labview, ou en C.

Utilisation du prototype réalisé   

Le prototype réalisé a vocation à devenir un nouveau poste de Travaux Pratiques associé aux autres bancs de la thématique télécommunication.

Description du travail à réaliser

L’équipe du projet devra commencer par identifier le matériel nécessaire à la réalisation d’un protocole de communication précis – typiquement le protocole BB84, le plus accessible – puis réaliser le montage sur banc, en assemblant les différents composants disponibles pour réaliser les liens optiques entre source et détecteur.

Des protocoles de tests et de caractérisation devront être définis et appliqués afin d’évaluer la qualité des liens optiques, les performances des composants fibrés, des détecteurs, ainsi que caractériser les différentes voies en polarisation. Une étape clé sera celle de la synchronisation des détecteurs, pour laquelle il sera nécessaire de mesurer et calibrer les retards optiques et électroniques entre composants afin de paramétrer les interfaces logicielles. Là encore, la définition et la rédaction de protocoles de tests fera partie du travail demandé et servira de ressource pour faire évoluer le banc vers un poste de TP.

Enfin, une dernière étape portera sur la mise en place à proprement parler d’un protocole de distribution de clé quantique : c’est-à-dire une expérience choisissant aléatoirement des bases de codage en polarisation d’un photon unique, de récupérer l’état de polarisation mesuré du même photon et de stocker ces deux informations pour un nombre de photons détectés correspondant à une longueur de clé donnée. Pour cela, il sera nécessaire de développer une interface de contrôle des différents composants adaptée au protocole choisi, permettant en particulier de contrôler les états de polarisation du photon signal d’une part, de récupérer et d’afficher les résultats de la mesure (état de polarisation mesuré) d’autre part.

Compétences ou savoir-faires abordés :

  • Analyser une documentation technique
  • Réaliser un montage optique avec soin
  • Définir des protocoles de tests et de mesures, expérimentaux ou numériques
  • Caractériser les performances de différents composants optiques et opto-électroniques
  • Interfacer plusieurs composants en langage Python à l’aide d’une librairie
  • Solliciter et échanger judicieusement avec des experts pour aider à la résolution de problèmes.
  • Mettre en œuvre un outil de gestion de projet afin d’assigner des tâches, et de documenter assidument et fidèlement le travail réalisé

Ressources

Polarisation : composants passifs et actifs

Opto-électronique/semi-conducteurs : détecteurs quantiques

Électronique et traitement du signal : signaux d’horloge, signaux logique, corrélation.

Les élèves du projet pourront contacter et échanger avec l’équipe technique d’Aurea pour leur poser des questions sur les aspects techniques du matériel.

Encadrement