Quantum Technology : Single - Photon Source

This report is a synthesis of my master thesis internship at the National Institute of Informatics in Tokyo that last during the summer of year 2012. I worked in the Quantum Information Science Theory (QIST) group under supervision of Prof. Kae Nemoto and Dr. Simon Devitt. The group works on theoretical and experimental implementations of quantum information science. The aim of my project was to study and improve quantum optical systems. I first studied different fields and systems of quantum information science. Then I focused my research on single-photon sources, entangled photon sources and interferometric photonic switches. Finally, some strategies had to be found to design an efficient and optimized single-photon source that could be built with today’s technologies. This report describes in details the created and optimized design of a single-photon source based on Spontaneous Parametric Downcoversion (SPDC). Résumé (French) Ce rapport est une synthèse de mon stage de fin de master à l’Institut National d’Informatique de Tokyo, qui s’est déroulé pendant l’été 2012. J’ai travaillé dans le groupe de recherche d’information quantique (QIST) sous la supervision du Prof. Kae Nemoto et du Dr. Simon Devitt. Ce groupe travaille à la réalisation théorique et pratique de systèmes et modules quantiques. Le but de mon projet était d’étudier et de chercher à améliorer les systèmes optiques quantiques. J’ai tout d’abord étudié plusieurs domaines et systèmes relatifs à la théorie de l’information quantique. Par la suite, je me suis focalisé sur les sources monophotoniques, les sources photoniques intriquées et l’interférométrie quantique. Enfin, j’ai cherché une nouvelle stratégie pour améliorer et optimiser des sources monophotoniques implémentables avec la technologie actuelle. Ce rapport décrit en détail le fonctionnement et les composants de telles sources de type SPDC (Spontaneous Parametric Downcoversion). Riassunto (Italian) Questo relacione è una sintesi del mio stage di master, presso l’Istituto Nazionale di Informatica nel Tokyo, che ha avuto durante l’estate 2012. Ho lavorato nel gruppo di ricerca di informazioni quantistice (QIST) con la Prof. Kae Nemoto e il Dr. Simon Devitt. Questo gruppo lavora per realizzare moduli teorici e pratici di sistemi quantistici. Lo scopo del mio progetto era di studiare e migliorare li sistemi ottici quantistici. Ho studiato vari campi e sistemi di scienza dell’informazione quantistica. Poi, ho focalizzato la ricerca sulle sorgenti di singoli fotoni, sulle sorgenti di fotoni intricati, e sulle sistemi con interferometria quantistica. Infine, ho trovato nuove strategie per realizzare sorgenti di singoli fotoni efficienti e ottimizzate, che potrebbe essere costruito con le tecnologie di oggi. Questo relacione è una descripzione de un sorgento di singoli fotoni di SPDC (Spontaneous Parametric Downcoversion) ottimizzate.