Puces photoniques pour la communication quantique longue distance.

This thesis aim at showing the interest of using integrated optics to handle the topic of long distance quantum communication. Integrated optics brings on several advantages such as high confinement for non-linear interaction, single mode operation, and unmatched stability. We propose to demonstrate by presenting the study and the realization of various key elements for long distance quantum communication. After a short introduction on quantum information to explain the current challenges in this field, we present the realization of three entangled photon pair sources for the observables polarization (2) and time-bin (1), emitting at telecom wavelengths. These sources are among the best ever reported in terms of brightness and entanglement quality. In the last part, we present the development and the implementation of a more advanced key element: a quantum relay chip. Such a chip allows to increase the quantum communication distance by 1.8 times. For the first time, this realization merges, in the same component, two non-linear effects: one optics-optics related for generation of entangled photon pairs, and the other, based on electro-optics for controllable photon routing. A two-photon interference experiment has been realized between a photon emitted by the chip and another one from an external source. Demonstrating a visibility of 79%, in full agreement with the theoretical predictions, enabled us to prove the pertinence of our approach.Cette thèse présente l'étude et la réalisation de différents éléments clés pour la communication quantique longue distance. Pour cela, nous tirons parti de l'optique intégré sur de niobate de lithium, qui permet de mettre en exergue les propriétés non-linéaire de ce matériau. Après une brève introduction sur l'information quantique nous permettant de mettre en avant les enjeux actuels du domaine, nous nous intéressons à la réalisation de trois sources de paires de photons intriqués sur les observables polarisation (2) et time-bin (1), émettant aux longueurs d'onde des télécommunications. Ces réalisations font parties des meilleures sources actuelles aussi bien en terme de brillance que de qualité d'intrication mesurée, le tout alliant compacité et simplicité d'utilisation. Dans un second temps, nous présentons l'élaboration et la mise en oeuvre d'un relais quantique entièrement intégré. Pour cette réalisation, nous avons mergé au sein d'un même composant, pour la première fois, deux effets non-linéaires, l'un optique-optique pour la génération de paires de photons intriqués, et l'autre électro-optique pour le routage contrôlablé des photons. Une expérience d'interférence à deux photons entre un photon émis par la puce et un photon issu d'une source externe nous a permis de valider notre approche en obtenant une visibilité de 79% en accord avec les prédictions théoriques. Cette puce peut devenir un élément clé de la communication quantique car il permet d'accroître les distances de communication par un facteur 1.8