[論文レビュー] Superdense Coding with Linear Optics

Mladen Pavičić|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2011

Optical Network Technologies被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、1つの光子を操作することでエンタングルド光子対に4つの古典的メッセージを符号化する、線形光学のみを用いた決定的スーパードエンシングコーディング方式を提案する。標準的および偏光ビームスプリッターを用いて4つの明確に区別可能な状態の混合基底を採用することで、100%の忠実度で完全なスーパードエンシングコーディングを実現する。決定性を保つために、50%のメッセージを放棄するか、33%の光子を破棄する必要がある。

ABSTRACT

We discuss a scheme for a full superdense coding of entangled photon states employing only linear-optics elements. By using the mixed basis consisting of four states that are unambiguously distinguishable by a standard and polarizing beam splitters we can deterministically transfer four messages by manipulating just one of the two entangled photons. The sender achieves the determinism of the transfer either by giving up the control over 50% of sent messages (although known to her) or by discarding 33% of incoming photons.

研究の動機と目的

• 線形光学素子のみを用いた完全な決定的スーパードエンシングコーディングプロトコルの開発。
• 非線形相互作用を必要とせず、1つのエンタングルド光子対を用いて4つの古典的ビットを伝送することの実現。
• 線形光学を用いた4つの量子状態を区別する課題を克服することで、決定的通信を達成すること。
• 決定性を維持しつつ、破棄される光子や使用されないメッセージの数を減らすことでリソースのオーバーヘッドを最小限に抑えること。

提案手法

• 送信者がエンタングルドペアの1つの光子のみを操作することで、4つのメッセージのうちの1つを符号化する。
• 標準的および偏光ビームスプリッターを用いて明確に区別可能な4つの量子状態の混合基底を採用する。
• 決定性は、到着する光子の33%を破棄するか、50%のメッセージの制御を放棄することで達成されるが、いずれの場合も送信者がその事実を把握している。
• 状態準備および測定を実装するために、ビームスプリッターおよびウェーブプレートなどの線形光学素子に依存する。
• 明確な状態識別を用いることで、プロトコルが成功した場合にメッセージ復号に誤りが生じないことを保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 線形光学素子のみを用いて、決定的スーパードエンシングコーディングを達成できるか？
• RQ2 線形光学を用いた決定的スーパードエンシングコーディングに必要な最小リソースコスト（破棄される光子やメッセージの割合）は何か？
• RQ3 1つのエンタングルド光子対と線形光学のみを用いて、4つの古典的に異なるメッセージを信頼性高く符号化・復号できるか？
• RQ4 明確に区別可能な状態の使用が、線形光学に基づくスーパードエンシングコーディングの信頼性をどのように向上させるか？

主な発見

• 本プロトコルは、非線形素子を一切必要とせず、線形光学のみを用いて決定的スーパードエンシングコーディングを実現する。
• 本方式は、エンタングルドペアの1つの光子を操作するだけで、4つの古典的メッセージの伝送を可能にする。
• 決定性は、到着する光子の33%を破棄するか、50%のメッセージの制御を放棄することで達成され、いずれの場合も送信者がその事実を把握している。
• 4つの明確に区別可能な状態の混合基底を用いることで、プロトコルが成功した場合には誤りのないメッセージ復号が可能になる。