Serge, un immense merci pour m'avoir guidé tout au long de ces années, avec un équilibre parfait entre encadrement et liberté. Merci pour tes conseils avisés, ton éclectisme, ton enthousiasme. Merci pour les agréables moments en ta compagnie. Je ne comprends toujours pas comment tu peux annoncer 90% du temps "poker" tout en en faisant une stratégie gagnante.Philippe, un tout grand merci de m'avoir "ouvert les portes du laboratoire" et pour la confiance que tu m'as témoignée. Merci de faire régner la bonne ambiance au sein d'OPÉRA et pour ta gestion des dossiers kilométriques que ma thèse en co-tutelle a notamment imposés.Jean-Marc, merci pour ton expertise dans la manipulation de photons en fréquence. Tes connaissances au laboratoire, tes ressources et ta disponibilité ont grandement facilité les débuts de ma thèse. Rien n'aurait été possible sans toi.Kien, merci pour ton incroyable taux de génération de nouvelles idées (en particulier celle qui a initié ma thèse) et pour ton aide au jour le jour. Grâce à toi, je sais (presque correctement) faire des soudures électriques.Jean-Marc et Kien, je me souviendrai longtemps de notre première semaine de manipulations à Bruxelles. Merci aussi Johann pour cette chouette expérience d'insomnies scientifiques.Les mois passés à Besançon furent passionnants scientifiquement et agréables humainement. Qui a dit qu'il ne faisait jamais beau dans cette ville? Ismaël, merci pour tout le temps partagé autour d'une
PublicationsThe present thesis is based on the following publications.
IntroductionIn the twentieth century, the founding fathers of quantum mechanics explored the implications of their theory by designing gedanken experiments. In recent years, continuous improvement of the experimental manipulation of individual quantum systems has opened the way to exciting research, both on blackboards and in laboratories, and even towards field experiments.From the fundamental point of view, this progress allows to test the intrinsic quantum nature of microscopic systems, and how this connects to other scientific fields, such as metrology [GLM06]. Many of the gedanken experiments have now been performed experimentally. This includes tests of wave-particle duality, wave-function collapse, quantum nonlocality, etc.[Zei99, BLS + 13, Gis14]In a more applied direction, the manipulation of individual quantum systems is the basis for quantum information processing: when an information content is associated with transformations and measurements of quantum systems, it offers a new paradigm, full of potentialities, to information theory. This leads to quantum random number generation, quantum computing, quantum communication, including quantum teleportation and quantum cryptography, etc.[NC10]One of the promises of quantum information is the realization of a quantum internet [Kim08]: quantum communication links would allow to share quantum states between the nodesquantum computers-of the network [GT07]. Quantum cryptography and quantum teleportation would open the way to absolutely secure tr...