Ricostruzione completa opportunistica di stati quantistici a bin di frequenza a 100 dimensioni

Abstract degli autori

La codifica nei bin di frequenza offre una piattaforma scalabile per l’elaborazione dell’informazione quantistica fotonica, consentendo di realizzare stati qudit ad alta dimensionalità compatibili con l’infrastruttura delle telecomunicazioni. Tuttavia, caratterizzare questi sistemi resta difficile: la tomografia quantistica convenzionale richiede risorse di misura che aumentano rapidamente con la dimensionalità, a cui si aggiunge la difficoltà di implementare misure controllabili simultaneamente su molti modi di frequenza. Qui affrontiamo queste sfide e dimostriamo la tomografia quantistica a soglia di qudit entangled nei bin di frequenza, utilizzando misure adattive che sfruttano la sparsità dei pettini di frequenza bifotonici altamente entangled. In combinazione con l’inferenza bayesiana, dimostriamo sperimentalmente la stima completa dello stato di pettini di frequenza bifotonici con dimensioni dello spazio di Hilbert fino a $d^2=100$---un aumento del 56% rispetto al precedente record---eseguendo appena l’1,9% delle misure richieste dagli approcci convenzionali tomograficamente completi. Questo lavoro conferma le potenzialità degli approcci che tengono conto delle misure per caratterizzare sistemi quantistici fotonici ad alta dimensionalità e apre la strada a nuovi strumenti per una tomografia completa, efficienti in termini di hardware, consapevoli dello stato e privi di assunzioni a priori sulla struttura dello stato.