Научная проблема, на решение которой направлен проект.

Проект направлен на создание протоколов управляемой генерации квантовых состояний света, обладающих заданными негауссовыми свойствами, необходимыми для их использования в схемах квантовой коррекции ошибок.
Практически нашей целью является сближение возможностей генерации и потребностей при построении протоколов коррекции ошибок на основе негауссовых квантовых состояний.

Конкретная задача в рамках проблемы, на решение которой направлен проект, ее масштаб.

Проект предполагает решение следующих конкретных задач:
1. Анализ управляющих параметров схем генерации негауссовых квантовых состояний. Предполагается рассмотреть класс оптических схем с гауссовыми квантовыми состояниями на входе (например, сжатыми состояниями), включающих линейный оптический интерферометр требуемой конфигурации, а также возможности измерения чисел фотонов. Будут выделены параметры схем, отвечающие за формирование негауссовой статистики в выходном канале.
2. Оценка негауссовости. Схемы генерации негауссовых квантовых состояний будут исследованы с точки зрения оптимизации их свойств для конкретных целей. Будут выбраны меры для оценки характеристик генерируемых состояний. Будет решена обратная задача оптимизации схемы генерации, исходя из требуемых свойств негауссового состояния.
3. Применение в негауссовых состояний в протоколе коррекции ошибок. Процедура генерации квантовых состояний будет оценена с точки зрения устойчивости получаемых состояний к ошибкам. Таким образом будет проведен анализ применимости генерируемого широкого класса негауссовых состояний в квантово-оптических информационных приложениях.
Поставленные задачи направлены на сближение области генерации негауссовых состояний света и области их использования в информационных приложениях. С этих позиций задачи видятся как поиск комплексных решений. Масштабность задач определяется вариативностью возможных приложений: развитые в процессе решения поставленных задач методы генерации квантовых состояний света могут быть применены для создания устройств квантовой связи, элементов квантового компьютера и прецизионных измерительных приборов.

Имеющийся у коллектива научный задел.

Несмотря на довольно молодой возраст исполнителей проекта, они уже накопили значительный опыт совместной работы над научными проектами.
Королев С.Б., Зинатуллин Э.Р. и Башмакова Е.Н. были исполнителями проекта РФФИ «Многомодовые корреляции в однонаправленных квантовых вычислениях», выполняемого под руководством Голубевой Т.Ю. (2019-2021 гг.)
Все четверо участников проекта являлись исполнителями по гранту РФФИ «Генерация и управление высококоррелированными многомодовыми атомно-полевыми квантовыми состояниями для применений в квантовой информации» (2018-2020 гг., рук. Соколов И.В.)
Королев С.Б. и Зинатуллин Э.Р. были исполнителями проекта РНФ «Квантовые вычисления на многомодовых системах и системах высокой размерности», выполняемого под руководством Голубевой Т.Ю. (2022-2023 гг.)
В ходе выполнения этих проектов ими были получены следующие результаты:
- конфигурации кластерных состояний проанализированы с точки зрения степени перепутанности многочастичного состояния. Выявлены условия на связь между степенью сжатия исходных осцилляторов и конфигурацией кластерного состояния.

- построена общая теория гауссовых вычислений в рамках кластерной идеологии. Вы-
явлены конфигурации кластерных состояний, обеспечивающие возможность проведения
универсальных вычислений.

- ошибки гауссовых вычислений оценены для всех возможных универсальных конфигураций кластеров. Проведены построения вычислительных схем за рамками стандартной модели однонаправленных вычислений, оценены ошибки таких гибридных схем вычислений.

- проведен анализ влияния дифракции для разных конфигураций протокола многомодовой резонансной квантовой памяти на тепловых атомных ансамблях. Предложены способы минимизации этого влияния.

- построена квантовая теория генерации многомодового света с различными орбитальными угловыми моментами в резонаторной конфигурации с нетривиальной накачкой. Выявлены истинные квантовые степени свободы такой системы, на основе которых построено квантовое кластерное состояние.

- разработан протокол пространственно многомодовой квантовой памяти для хранения оптических мод с определенным угловым моментом.

- построен протокол преобразования мод с орбитальным угловым моментом на ячейке квантовой памяти. Выявлены оптимальные геометрические параметры полей для эффективного преобразования.

- разработаны гибридные схемы квантовых гейтов однонаправленных вычислений в непрерывных переменных, использующих как гауссовы, так и негауссовы преобразования, которые позволяют увеличить точность преобразований.

Указанные результаты являются существенным научным заделом для решения задач проекта, поскольку демонстрируют владение методами, на которых базируется выполнение проекта, а также глубокое понимание особенностей построения квантово-информационных протоколов.