Продвинутые технологии квантовой инженерии оптических состояний для квантовой обработки информации

Свет без сомнения обладает рядом неоспоримых преимуществ (максимальная скорость раcпространения сигнала, относительная легкость, с которой можно контролировать световые кубиты, независимость свойств света от температуры, высокая сопротивляемость декогерентности), для того чтобы использовать его для решения задач квантовых технологий. Но тем не менее, свет обладает одним существенным недостатком. Фотоны не взаимодействуют между собой, что ведет к невозможности создать детерминированный двух-кубитовый гейт и, как следствие, к потере эффективности оптических квантовых технологий. Несмотря на огромное число всевозможных предложений и исследований, проблема детерминированных (или почти детерминированных) оптических квантовых технологий остается не решенной. Использование, так называемых, CV состояний света ведет к существенной деградации точности выходного состояния, несмотря на то, что данные протоколы могут быть реализованы в детерминированной манере. В настоящем проекте, мы собираемся воспользоваться возможностью взаимодействия DV и CV световых квантовых состояний между собой на пучковом делителе (нелинейный DV-CV механизм взаимодействия состояний, ответственный за реализацию двух-кубитовой операции контролируемого изменения знака) с целью реализации как суперпозиционных состояний по требованию, так и детерминированной генерации запутанных гибридных состояний, а также квантовых сетей (кластерные состояния, состояний графа) для квантовой обработки информации. В данном проекте, мы собираемся развить универсальный метод генерации требуемого квантового состояния света с максимально возможной вероятностью успеха (квантовый генератор состояний). Данный подход базируется исключительно на использовании оптических элементов таких как пучковые делители, а также фотодетекторов и оптических состояний (одно-модовый сжатое вакуумное состояние, двух-модовое сжатое вакуумное состояние, одиночный фотон), которые уже стали “повседневными элементами” в современных оптических экспериментах. Запутанность является ключевым фактором для реализации квантовых протоколов. Проблема генерации запутанных состояний, особенно по требованию, является основополагающей. Мы собираемся развить эффективный способ детерминированной генерации запутанных состояний методами линейной оптики с минимальным количеством потребляемых ресурсов (синтезатор запутанности) с дальнейшим расширением данного подхода к генерации квантовых сетей, в частности, кластерных оптических состояний с достаточно большим количеством узлов для реализации одноразовых квантовых вычислений. Данный подход в квантовой инженерии состояний станет основой для развития протокола плотного кодирования на базе генерируемых запутанных CV состояний с возможностью передачи более 2 битов информации на один переносимый световой сигнал. Одной из основных проблем оценки фазы является разработка высокоинтенсивного запутанного так называемого зондирующего состояния с целью значительного повышения чувствительности двух-модового интерферометра выше предела дробового шума. В настоящем проекте, мы собираемся развить метод генерации требуемого состояния для задач квантовой метрологии.