論文の概要: Structured leakage in OAM-encoded qubits revealed by distributed quantum feature extraction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.11001v1
- Date: Wed, 07 Oct 2026 23:36:37 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-10 02:36:53.703115
- Title: Structured leakage in OAM-encoded qubits revealed by distributed quantum feature extraction
- Title（参考訳）: 分散量子特徴抽出によるOAM符号化量子ビットの構造リーク
- Abstract要約: 軌道角運動量(OAM)モードは、高次元量子通信の重要なプラットフォームとして登場した。
我々はOAM伝搬の論理量子ビット表現を導入し、ノイズの多い量子チャネルを通してモードが量子ビットとして進化する。
乱流による漏洩は乱流強度とOAM秩序に体系的に依存していることを示し,論理的部分空間を超えた情報再分配の構造的シグネチャを明らかにする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Orbital angular momentum (OAM) modes have emerged as an important platform for high-dimensional quantum communication but remain vulnerable to environmental noise and channel imperfections. Here we introduce a logical-qubit representation of OAM propagation in which modes evolve as qubits through noisy quantum channels. In this representation, turbulence manifests as leakage from the logical OAM subspace into turbulence-induced leakage components, providing a unified description of degradation in both single-photon and coherent-beam regimes. We show that turbulence-induced leakage exhibits systematic dependence on turbulence strength and OAM order, revealing structured signatures of information redistribution beyond the logical subspace. Leveraging this insight, we develop a distributed quantum feature-extraction scheme that encodes high-dimensional OAM states into quantum representations and employs quantum convolutional operations to extract turbulence-robust features. Simulations and experimental measurements demonstrate robust extraction of these features across a broad range of turbulence strengths, OAM orders, and propagation conditions. Our results establish a direct link between OAM-channel dynamics, structured leakage, and quantum learning, providing a physics-informed framework for characterizing turbulence-degraded high-dimensional optical states and extracting robust signatures of turbulence-induced information redistribution.
- Abstract（参考訳）: 軌道角運動量(OAM)モードは、高次元量子通信の重要なプラットフォームとして登場したが、環境騒音やチャネル不完全性に弱いままである。
ここではOAM伝搬の論理量子ビット表現を導入し、ノイズのある量子チャネルを通してモードが量子ビットとして進化する。
この表現では、乱流は論理的なOAM部分空間から乱流によって引き起こされる漏れ成分への漏れとして現れ、単一光子およびコヒーレントビーム状態の劣化を統一的に記述する。
乱流による漏洩は乱流強度とOAM秩序に体系的に依存していることを示し,論理的部分空間を超えた情報再分配の構造的シグネチャを明らかにする。
この知見を生かして,高次元OAM状態を量子表現に符号化し,乱流腐食特性の抽出に量子畳み込み演算を用いる分散量子特徴抽出法を開発した。
シミュレーションと実験により,これらの特徴を広範囲の乱流強度,OAM秩序,伝播条件で頑健に抽出できることが示されている。
この結果は,OAMチャネルのダイナミックス,構造化リーク,量子学習の直接的な関係を確立し,乱流劣化した高次元光状態を特徴付ける物理インフォームド・フレームワークを提供し,乱流による情報再分配の堅牢なシグネチャを抽出する。
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