Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/78088
Type: Dissertação
Title: Reconstrução pticográfica de qudits codificados em posição angular e momento angular orbital de fótons
Other Titles: Ptychographic reconstruction of qudits encoded in angular position and orbital angular momentum of photons
Authors: André Marques da Costa
First Advisor: Leonardo Teixeira Neves
First Referee: Carlos Henrique Monken
Second Referee: Pablo Lima Saldanha
Abstract: No contexto da informação quântica, o uso de certos graus de liberdade fotônicos permite criar estados quânticos de altas dimensões, chamados qudits, os quais apresentam vantagens em relação a qubits em aplicações como comunicação, criptografia e testes fundamentais da mecânica quântica. Em várias dessas aplicações é necessário reconstruir o estado quântico a ser utilizado, já que ele contém todas as informações sobre propriedades mensuráveis de um sistema físico. Recentemente foi proposto um método simples para reconstrução de estados quânticos puros, chamada pticografia quântica. Ele se baseia em projeções do estado de entrada em diversos subespaços com algum grau de interseção entre si, sendo cada uma delas seguida de uma medição projetiva na base de Fourier, que é aquela gerada pela transformada de Fourier quântica (QFT) da base computacional. Ao final, um algoritmo iterativo estima o estado a partir dos dados colhidos. Neste trabalho, propomos aplicar este método em estados puros de qudits codificados em posição angular e momento angular orbital (OAM) fotônico. Para isso, definimos estes qudits a partir da discretização do perfil espacial de um fóton em coordenadas cilíndricas, por meio de um arranjo de D fendas angulares, e descrevemos sua representação na base de OAM. Para aplicar a pticografia sobre estes qudits, mostramos que as projeções intermediárias serão implementadas por simples filtros espaciais binários, enquanto a medição na base de Fourier dos estados pós-projeção será realizada medindo-se em uma base definida por D modos de OAM. Por fim, demonstramos a aplicabilidade do método pticográfico, simulando a reconstrução de qudits angulares em D = 5 e D = 12, e avaliamos sua viabilidade experimental.
Abstract: In the context of quantum information theory, the use of certain photonic degrees of freedom allows the creation of high-dimensional quantum states, called qudits, which offer advantages over qubits in applications such as communication, cryptography, and fundamental tests of quantum mechanics. In many of these applications, it is necessary to reconstruct the quantum state to be used, since it contains all the measurable properties of a physical system. Recently, a simple method for reconstructing pure quantum states, called quantum ptychography, has been proposed. It is based on projections of the input state into various partial overlapping subspaces, each one followed by a projective measurement in the Fourier basis, which is generated by the quantum Fourier transform (QFT) of the computational basis. At the end, an iterative algorithm estimates the state from the collected data. In this work, we propose to apply this method to pure states of qudits encoded in angular position and orbital angular momentum (OAM) of single photons. For this purpose, we define these qudits based on the discretization of the spatial profile of a photon in cylindrical coordinates, through an arrangement of D angular slits, and describe their representation in the OAM basis. To apply ptychography to these qudits, we show that the intermediate projections will be implemented by simple binary spatial filters, while the measurement in the Fourier basis of the post-projection states will be performed by measuring in a basis defined by D OAM modes. Finally, we demonstrate the applicability of the ptychographic method by simulating the reconstruction of angular qudits for D = 5 and D = 12, and evaluate its experimental feasibility.
Subject: Qudits
Fótons
Mecânica quântica
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE FÍSICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/78088
Issue Date: 3-Jun-2024
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