Megabits secure key rate quantum key distribution

Quantum cryptography (QC) can provide unconditional secure communication between two authorized parties based on the basic principles of quantum mechanics. However, imperfect practical conditions limit its transmission distance and communication speed. Here we implemented the differential phase shift (DPS) quantum key distribution (QKD) with up-conversion assisted hybrid photon detector (HPD) and achieved 1.3 M bits per second secure key rate over a 10-km fiber, which is tolerant against the photon number splitting (PNS) attack, general collective attacks on individual photons, and any other known sequential unambiguous state discrimination (USD) attacks.Comment: 14 pages, 4 figure

Long-distance entanglement-based quantum key distribution over optical fiber

We report the first entanglement-based quantum key distribution (QKD) experiment over a 100-km optical fiber. We used superconducting single photon detectors based on NbN nanowires that provide high-speed single photon detection for the 1.5-µm telecom band, an efficient entangled photon pair source that consists of a fiber coupled periodically poled lithium niobate waveguide and ultra low loss filters, and planar lightwave circuit Mach-Zehnder interferometers (MZIs) with ultra stable operation. These characteristics enabled us to perform an entanglement-based QKD experiment over a 100-km optical fiber. In the experiment, which lasted approximately 8 hours, we successfully generated a 16 kbit sifted key with a quantum bit error rate of 6.9 % at a rate of 0.59 bits per second, from which we were able to distill a 3.9 kbit secure key

Broadband Quasi-Phase-Matched Wavelength Converters

RÉSUMÉ Cette thèse propose de nouveaux concepts dans la conversion de fréquence optique à large bande dans les dispositifs à ondes guidées par quasi-accord de phase (QPM). Ces dernières années, la QPM a été appliquée avec succès à l'aide des réseaux de domaines inversés en matériaux non linéaires comme le niobate de lithium, en inversant le signe du deuxième ordre coefficient non linéaire, pour tirer parti le plus fort coefficient non linéaire de la génération seconde harmonique (SHG), la génération fréquence somme (SFG) et la génération fréquence différence (DFG). Toutefois, une structure périodique a un impact négatif de limiter la bande passante. Même si une structure apériodique contribue à augmenter la bande passante, elle apporte des ondulations sur l’efficacité de conversion réduite, ce qui limite des applications. Néanmoins, une modification de la structure basée sur le quasi-accord de phase semble prometteuse pour fournir une large bande passante avec l'efficacité, et l'ondulation voulue. Il a été démontré pour la première fois dans cette thèse que l'utilisation de la technique de l'apodisation des réseaux apériodiques modifiée “apodized step-chirped gratings (ASCG)”, la bande passante d'un doubleur de fréquence, basé sur la SHG en guide d'ondes du niobate de lithium, peut être élargie volontairement et les ondulations peuvent être réduites ( 50 nm) est suffisamment contrôlable ; et la grande largeur de domaine et les étapes de chirp facilitent la fabrication des dispositifs. Ces dispositifs à large bande peuvent premièrement être utilisés pour la conversion de longueur d'onde variable dans les futurs réseaux optiques. Deuxièmement, ils mènent à l'avenir pour la réalisation de convertisseurs de fréquence à haute efficacité pour les écrans. Toutefois, l'efficacité de la SHG pour un dispositif avec l’ASCG est plus faible que celle du réseau uniforme avec la même longueur.----------ABSTRACT This thesis proposes new concepts in broadband optical frequency conversion in quasi-phase matched guided-wave devices. Quasi-phase matching (QPM) using domain-inverted gratings in nonlinear materials such as lithium niobate (LN) by reversing the sign of the second-order nonlinear coefficient, has been successfully applied in recent years to take advantage of the highest nonlinear coefficient for second harmonic generation (SHG), sum frequency generation (SFG) and difference frequency generation (DFG). Nevertheless, the periodic quasi-phase matched structure has a negative impact by limiting the bandwidth of frequency up-conversion. Although an aperiodic quasi-phase matched structure can help to increase the bandwidth, it may cause ripples to appear in the reduced conversion efficiency response, which has detrimental implications for applications. However, an engineered quasi-phase matched structure seems to be a promising route to achieving a wide bandwidth with a desired efficiency, and tailored ripple. In this dissertation, it has been demonstrated for the first time that using the technique of apodization with chirped gratings, the bandwidth of frequency doublers based on SHG in lithium niobate waveguides can be broadened at will, and the ripple damped out ( 50 nm) is suitably controllable. The large domain-widths and chirp-steps ease device manufacture. The impact of this design is clearly very high as firstly, this broadband wavelength converter can be used for variable waveband wavelength conversion in future all-optical networks, as the device based on the cascaded second harmonic generation and difference frequency generation (SHG + DFG), should be a broadband frequency doubler. Secondly, for displays it may lead to the realization of high-efficiency three-color frequency converters that do not change in intensity, even without the use of temperature control