Việc áp dụng các trạng thái lượng tử chiều cao trong các giao thức thông tin lượng tử cho phép thực hiện tốt hơn trong các ứng dụng từ truyền thông lượng tử an toàn đến tính toán lượng tử có thể chịu lỗi. Việc phát triển các giao thức phổ quát có thể thiết kế các trạng thái lượng tử chiều cao tùy ý sẽ là một thành tựu đáng kể. Một số chiến lược và nền tảng đã được đề xuất và phát triển cho đến hết. Động lực đi bộ lượng tử (QW) đã được chứng minh là cho phép phát triển các giao thức kỹ thuật trạng thái phổ quát, độc lập với nền tảng. Tuy nhiên, không thể tránh khỏi sự hiện diện của tiếng ồn và sự không hoàn hảo trong mô tả đặc tính của các thiết bị thí nghiệm, làm giảm chất lượng tổng thể của quá trình tạo trạng thái.
Để khắc phục những hạn chế này, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Sapienza Università di Roma, Queen’s University of Belfast và Università degli Studi di Palermo, chứng minh việc sử dụng một giao thức tối ưu hóa thích ứng có thể thiết kế các trạng thái chiều cao tùy ý, như đã báo cáo trong Advanced Photonics . Trong một kịch bản hộp đen đầy đủ, giao thức điều chỉnh các thông số thử nghiệm liên quan chỉ dựa trên thỏa thuận đo được giữa trạng thái được tạo ra và trạng thái đích mà không cần mô tả về thiết lập tạo.
Các tác giả trình bày một kiểm chứng thực nghiệm của giao thức được đề xuất sử dụng mômen động lượng quỹ đạo (OAM) của ánh sáng cổ điển và các photon đơn lẻ. OAM là một mức độ tự do của trường điện từ liên quan đến cấu hình không gian và pha của nó. Vì OAM là bậc tự do vô hạn chiều, nó thích hợp để mã hóa các trạng thái lượng tử chiều cao tùy ý. Các tác giả thực hiện thử nghiệm giao thức bằng cách sử dụng nền tảng tạo trạng thái dựa trên động lực đi bộ lượng tử trong OAM và bậc tự do phân cực. Bằng cách điều chỉnh các tham số của toán tử tác động lên trạng thái phân cực, một trạng thái bộ đi tùy ý được mã hóa trong không gian OAM có thể được thiết kế. Sau đó, thuật toán tối ưu hóa được đề xuất thực hiện điều chỉnh trực tuyến các thông số thử nghiệm thúc đẩy động lực học để có được kết quả mong muốn.
Sơ đồ khái niệm của giao thức kỹ thuật. a) Thuật toán tối ưu hóa điều chỉnh các tham số để tối ưu hóa hiệu suất kỹ thuật của trạng thái người đi bộ mục tiêu tùy ý. b) Sửa đổi chế độ OAM trong quá trình lặp lại thuật toán. Trong lần lặp đầu tiên, hình dạng chùm tia là hoàn toàn ngẫu nhiên, trong quá trình tiến hóa nó được cải thiện cho đến khi gần như hoàn toàn trùng khớp với trạng thái mục tiêu. Nguồn: Suprano và cộng sự, doi 10.1117 / 1.AP.3.6.066002.
Giao thức tối ưu hóa được chứng minh là hoạt động tốt khi chịu các điều kiện nhiễu thực nghiệm, đối với một số trạng thái OAM mục tiêu bốn chiều. Cuối cùng, nhóm đã nghiên cứu khả năng thích ứng của giao thức bằng cách đưa nhiễu thay đổi theo thời gian dưới dạng nhiễu bên ngoài đối với các giá trị của các tham số. Giao thức đã tìm ra giải pháp tối ưu mới sau sự ra đời của các nhiễu bên ngoài này. Giao thức được đề xuất có thể áp dụng trong nhiều trường hợp khác nhau, ngay cả khi có nhiễu, mà không cần điều chỉnh đáng kể.
Theo tác giả cao cấp Fabio Sciarrino, người đứng đầu Phòng thí nghiệm Thông tin Lượng tử tại Khoa Vật lý của Sapienza Università di Roma, “Giao thức học động lực học được đề xuất sẽ có lợi cho một số nhiệm vụ thông tin lượng tử đòi hỏi phải tìm ra các giá trị tối ưu của các tham số thực nghiệm trong điều kiện nhiễu.”
Theo: Phys.
