Caracterización de canales cuánticos multidimensionales

Investigadores del Laboratorio de Procesado de Imágenes (LPI) publicaron en Optics Letters un trabajo sobre la caracterización de canales cuánticos por medio de tomografía. La novedad es que a través de una arquitectura óptica simple -basada en moduladores espaciales de fase programable- el grupo logró caracterizar procesos generales en sistemas cuánticos fotónicos en espacios de Hilbert multidimensionales.

“Nos interesaba mostrar, por un lado, la reconstrucción de fuentes de errores típicos en las distintas etapas de cómputo de un algoritmo cuántico; y, por otro, procesos turbulentos como los que suelen afectar las transmisiones de información a través de la atmósfera. Esto es de suma importancia, ya que nos permite reproducir procesos reales interesantes en un ambiente controlado”, explica Lorena Rebón, una de las autoras del trabajo.

Desde hace algunos años, el LPI desarrolla esta línea de investigación que incluye la generación, manipulación y caracterización de qudits para aplicaciones de información cuántica. Para transmitir información cuántica a lo largo de un canal de comunicación o para estudiar, por ejemplo, la dinámica de un sistema cuántico, es necesario realizar operaciones cuánticas en los estados elegidos para tal fin. Los fotones ofrecen la posibilidad de codificar la información en otros grados de libertad, tales como el momento angular orbital o el momento lineal que, a diferencia de la polarización, están descritos por una base de estados de dimensión mayor a dos.

Para poder corregir los errores de comunicación, los investigadores necesitan caracterizar el funcionamiento de los dispositivos involucrados y de los canales por donde se envía la información. Esto se realiza experimentalmente mediante la técnica de caracterización de procesos que se conoce como Tomografía Cuántica de Procesos. La información obtenida permite conocer cuál será la evolución que seguirá un estado cuántico arbitrario.

El experimento se basa en moduladores de cristal líquido que permiten caracterizar el efecto de un canal de comunicación cuántico -cuyo comportamiento es en principio desconocido- sobre el estado en el que actúa. “Debido a su versatilidad nos permite caracterizar procesos que actúan sobre estados de dimensión d, en principio arbitraria. Además, permite mostrar la capacidad de simular procesos complejos -como los que suceden en medios turbulentos- y, dependiendo de la intensidad de la turbulencia, recuperar la información inicial”.