Quantificare la fedeltà di una memoria quantistica

Abstract degli autori

Le memorie quantistiche sono componenti fondamentali delle future reti quantistiche. Sviluppare metodi per certificarle è quindi un problema importante, ma impegnativo. In questo lavoro presentiamo un quadro generale per certificare le memorie quantistiche e quantificarne le prestazioni in modo operativo ed efficiente, sfruttando gli sviluppi nella teoria dei canali quantistici. Iniziamo con un’introduzione didattica a questi concetti e strumenti e ne illustriamo l’applicazione naturale alle memorie quantistiche. In particolare, quantifichiamo la fedeltà di una memoria quantistica attraverso la nozione di fedeltà media del canale, che può essere stimata con precisione in un esperimento usando un insieme finito di stati di prova che formano un cosiddetto $2$-design. Presentiamo quindi una serie di tecniche di witness per certificare questa quantità e mostriamo che essa consente di accedere ad altre proprietà importanti del canale, come la sua dimensionalità e la sua capacità di trasmettere informazioni quantistiche. Consideriamo soprattutto un semplice scenario di preparazione e misura, ma discutiamo anche il caso di una configurazione basata sull’entanglement, oltre a un approccio semi-device-independent. Infine, applichiamo questi metodi a un esperimento con una memoria quantistica a stato solido, certificando una fedeltà media del canale del 98,6%. I nostri metodi di certificazione possono essere applicati direttamente ad altri dispositivi quantistici, come fibre, trasduttori e gate.