Préparation et manipulation intégrées de photons structurés volants en haute dimension

Résumé L'espoir d'un futur internet quantique global qui fournit un transfert d'information quantique robuste et de haute capacité repose en grande partie sur les qudits, les transporteurs d'information quantique fondamentaux préparés dans des états de superposition de haute dimension. Cependant, la préparation et la manipulation des qudits volants N-dimensionnels ainsi que l'établissement ultérieur de leur intrication restent des tâches difficiles, nécessitant une manœuvre précise et simultanée de 2 (N-1) paramètres à travers plusieurs degrés de liberté. Ici, en utilisant une approche intégrée, nous explorons la synergie de deux degrés de liberté de la lumière, le mode spatial et la polarisation, pour générer, coder et manipuler des photons structurés volants et leurs qudits formés dans un espace de Hilbert quatre dimensions avec une haute fidélité quantique, permettant intrinsèquement d'améliorer la résilience au bruit et d'augmenter les débits de données quantiques. Les quatre modes spin-orbite propres de nos qudits possèdent des caractéristiques spatio-temporelles identiques en termes de distribution d'intensité et de vitesse de groupe, préservant ainsi la cohérence sur de longues distances au sein de l'ensemble du lien de transmission de données quantiques. En tirant judicieusement parti de l'intrication bi-photon, qui est bien préservée dans le processus de manipulation intégrée, nous présentons des états de cluster spin-orbite polyvalents dans un espace de Hilbert de dimensions vastes. De tels états de cluster promettent la correction d'erreurs quantiques qui peut renforcer davantage la robustesse du canal dans la communication quantique à longue portée.