Caratterizzazione robusta al rumore degli stati quantistici per la preparazione remota degli stati con apprendimento profondo

Abstract degli autori

La comunicazione quantistica è alla base dell’elaborazione sicura delle informazioni e di reti quantistiche scalabili. In particolare, la preparazione remota degli stati (RSP) consente un trasferimento efficiente degli stati quantistici, ma stimare con precisione gli stati bersaglio in presenza di rumore complesso resta difficile. Proponiamo un modello Transformer-based Quantum State Characterizer (TQSC) per esperimenti di RSP rumorosi. Il nostro modello ricostruisce stati di polarizzazione fotonica puri e misti, preparati sperimentalmente, a partire da misurazioni rumorose in ambienti di scattering complessi; i suoi schemi di attenzione forniscono inoltre indicazioni fondate sulla fisica riguardo alle correlazioni tra gli osservabili misurati. Il metodo raggiunge una fedeltà media tra lo stato stimato e quello bersaglio superiore al 99,999% in condizioni di scattering complesso e rumore gaussiano dinamico, mentre la sua robustezza e la sua capacità di generalizzazione vengono esaminate ulteriormente usando stati della palla di Bloch simulati con Qiskit. Inoltre, in un compito pratico di trasmissione di immagini MNIST con stati esclusi, il tasso di errore sui bit in decodifica si riduce dal 50,34% a zero dopo il post-processing TQSC. Il modello TQSC consente una caratterizzazione tomografica accurata in presenza di rumore dinamico e fornisce indicazioni a posteriori fondate sulla fisica, promettendo applicazioni nell’elaborazione intelligente dell’informazione quantistica.