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Architecture et protocoles de télécommunications quantiques - conception et mise en œuvre spatiales

Description

Il s'agit d’explorer la mise en œuvre concrète de protocoles de télécommunication quantique, en particulier dans la composante spatiale / longue distance d'un réseau quantique. Pour cela on identifiera les différents éléments de procédés nécessaires à l'implémentation d'un tel réseau (distribution d'intrication, synchronisation de sources et des stations, authentification des partenaires, création de clés, processus de mesure, signaux auxiliaires, stockage de q-bits, ...) et différentes implémentations. La méthode de codage de l'information représente un choix important : état de photons uniques où de paires de photons intriqués sur des variables discrètes (temps et fréquence), états cohérents compressés sur des variables continues (phase et amplitude), ou encore états à variables hybrides. Seront alors associés les types de mesure, les procédés de synchronisation, etc., pour chacun des éléments du lien. On identifiera les paramètres clé des performances d'un tel système (capacité, fidélité, débit, etc.) et des cas d'usages de référence (calcul distribué, couplage de senseurs, transfert d'information, etc.). On construira ensuite un jeu de différentes architectures potentielles pour la mise en oeuvre d'un système de télécommunications quantiques, en assemblant les éléments identifiés à l'étape précédente. Ces architectures nécessiteront pour leur mise en œuvre des protocoles de communication spécifiques dont la définition pourra être abordée. Ces architectures seront évaluées les unes par rapport aux autres en termes de performance dans les cas d'usage de référence, par des moyens analytiques ou numériques, éventuellement nourris d'expérimentations partielles. Dans les architectures les plus prometteuses, on identifiera les composants critiques pour la mise en œuvre (p.ex. le couplage lien spatial-lien terrestre, la réalisation de sources ou de dispositifs de mesures spatialisés, etc.) et on approfondira leur définition par la recherche de solutions spécifiques. On pourra s'avancer dans la réalisation d'un démonstrateur de cet équipement.

Etat de l'art initial

A ce stade, il existe sur terre des réseaux de cryptographie quantique (l'application la plus simple des télécommunications quantique) et des démonstrations de transport d'information quantique (q-bits) sur des trajets simples. Dans l'espace, l'expérience chinoise Micius a permis de montrer la faisabilité de quelques ingrédients de base des télécommunications quantiques intercontinentales.

Il est proposé d'explorer ici est d'une part la combinatoire entre procédés disponibles à ce jour pour construire des systèmes de télécommunication, en profitant des dernières idées en cours d'exploration dans les laboratoires (états compressés, hybridation, ...) mais aussi de définir des protocoles de télécommunication qui n'existent simplement pas, et de traiter le cas des verrous potentiels de tels systèmes

Profil

M2 en physique quantique ou en optique quantique. Une culture en réseaux classique sera appréciée (pour l'analogie).

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : Institut de Physique de Nice (INPHYNI), Université Côte d'Azur, CNRS
Directeur(rice) de thèse/recherche : TANZILLI Sébastien
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : sebastien.tanzilli@unice.fr
Responsable Cnes de l'offre : GELARD Patrick

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019.

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