Characterization of a multiport beam splitter for high dimensional quantum information processing.

Abstract

Un requisito para la implementación de tecnologías cuánticas es la capacidad de realizar N × N-operadores unitarios. Esto es esencial para las tareas de procesamiento de información cuántica en altas dimensiones (HD-QIP, por sus siglas en inglés), que pueden superar a las bidimensionales. No obstante, se ha demostrado que la fabricación de tales dispositivos es un desafío, con un progreso logrado sólo recientemente con el advenimiento de la fotónica integrada. Aquí, informamos sobre la producción de Divisores de Haz Multipuerto (MBS, por sus siglas en inglés) de alta calidad, dispositivos capaces de realizar N ×Noperaciones unitarias (con N = 4, 7), basados en un nuevo esquema para manipular Fibras Multi-núcleo (MCF, por sus siglas en inglés). Además, implementamos experimentalmente un protocolo de caracterización basado en un método interferométrico que requiere solo mediciones de intensidad para determinar directamente las matrices unitarias correspondientes. Dado que los MBS fueron diseñados a partir de MCF, presentan muchas ventajas para superar los desafíos debido a su diseño compacto. Una característica importante es que pueden usarse para construir interferómetros multica minó, que cuando se unen con otros componentes permiten implementar circuitos cuánticos eficientes para HD-QIP. También exploramos posibles aplicaciones de los MBS al proponer la implementación de una medición POVM (positive operator valued-measurement), ampliamente relevantes en muchos es-quemas de información cuántica, ya que son capaces de distinguir probabilísticamente entre estados cuánticos no ortogonales.