Неизбежное присутствие шума и недостатки в характеристиках экспериментальных устройств снижают общее качество генерации многомерных состояний. Чтобы преодолеть эти ограничения, группа исследователей из римского университета Сапиенца, Королевского университета Белфаста и университета Палермо использовала протокол адаптивной оптимизации, способный создавать произвольные многомерные состояния.

Об этом говорится в Advanced Photonics.

Протокол адаптивной оптимизации конструирует произвольные многомерные состояния для решения задач квантовой информации, требующих нахождения оптимальных значений экспериментальных параметров в шумных условиях.

Создание многомерных квантовых состояний в протоколах квантовой информации обеспечивает лучшую производительность в различных приложениях: от безопасной квантовой связи до отказоустойчивых квантовых вычислений. Значительным достижением стала бы разработка универсальных протоколов, способных конструировать произвольные многомерные квантовые состояния. С этой целью было предложено и разработано несколько стратегий и платформ.

В рамках сценария полностью черного ящика протокол, предложенный учеными из университета Сапиенца, настраивает соответствующие экспериментальные параметры, полагаясь только на измеренное соответствие между произведенным и целевым состоянием, без необходимости описания настройки генерации.

Схема автоматизированной платформы для конструирования произвольных состояний кудита по орбитальному угловому моменту фотонов. Параметры эксперимента адаптивно оптимизированы для генерации целевых состояний.

Авторы исследования экспериментально проверили протокол с использованием орбитального углового момента (ОУМ) классического света и одиночных фотонов. ОУМ — это степень свободы электромагнитного поля, связанная с его пространственным и фазовым профилем. Поскольку OУM представляет собой бесконечномерную степень свободы, он подходит для кодирования произвольных многомерных квантовых состояний.

Авторы экспериментально реализовали протокол, используя платформу генерации состояний, основанную на динамике квантового блуждания в OУM и поляризационных степенях свободы. Путем настройки параметров операторов, действующих на состояние поляризации, можно спроектировать произвольное состояние пешехода, закодированное в пространстве OУM. Предлагаемый алгоритм оптимизации затем выполняет онлайн-настройку экспериментальных параметров, управляющих динамикой, для получения желаемого результата.

Показано, что протокол оптимизации хорошо работает в шумных экспериментальных условиях для нескольких четырехмерных целевых состояний OУM. Наконец, команда исследовала адаптируемость протокола, введя изменяющийся во времени шум в качестве внешнего воздействия на значения параметров. Протокол нашел новое оптимальное решение после введения этих внешних возмущений. Предлагаемый протокол применим в самых разных обстоятельствах, даже при наличии помех, без необходимости значительной тонкой настройки.