High efficiency quantum memory for the implementation quantum information protocols

L'objectif de ce travail de thèse est de mettre en œuvre une mémoire quantique de haute efficacité dans le cadre d’un protocole de génération d'états quantiques de la lumière, avec pour finalité une augmentation de plusieurs ordres de grandeur du taux de génération de ces états. Nous montrons comment une telle architecture peut être utilisée en pratique pour la génération d’états clés pour l’optique quantique, tels que les états "chats de Schrödinger optiques" (superposition quantique d’états cohérents de phases opposées) qui sont une brique de base pour de nombreux protocoles dans le domaine de l’information quantique. Nous réalisons cette mémoire à l’aide d’une cavité optique de haut facteur de qualité, un dispositif actif permettant d’insérer et d’extraire une impulsion lumineuse à la demande, et nous l’alimentons avec des photons uniques issus d’une source rapide en cavité optique synchronisée. La mise en œuvre d’une telle mémoire nécessite une connaissance complète des paramètres physiques, et notamment de la phase des états quantiques, menant à la mise en place d’outils de diagnostics précis. Il s’agit là d’un premier pas vers la manipulation en temps réel d’états encodés sur la lumière en espace libre.The aim of this thesis work is to implement a high efficiency quantum memory as part of a generation protocol for quantum states of light, targeting an increase of the generation rate by several orders of magnitude. We show how such an architecture can be used in practice for the generation of key states for quantum optics, as the "optical Schrödinger cat states" (quantum superposition of coherent states with opposite phases) which are an elementary piece for numerous protocols in the field of quantum information. We implement this memory with a high finesse optical cavity, an active device allowing to store/extract a light pulse on demand, and we feed it with single photons from a high-rate source in a synchronized optical cavity. The use of such memory requires a complete knowledge of the physical parameters, such as the phase of the generated quantum states. This led us to develop accurate diagnostic tools. This constitutes a first step towards the real-time manipulation of states encoded on free-propagating light