Investigadores han simulado la implementación de un conjunto universal de puertas cuánticas, tanto de un solo qubit como de dos qubits, utilizando qubits fotónicos codificados en el momento angular orbital (OAM) de la luz. El estudio se centra en el uso de moduladores de luz espacial (SLM) como plataforma reconfigurable para el procesamiento de información cuántica. Este enfoque permite controlar el OAM de haces de luz Laguerre-Gaussianos (LG) mediante software, lo que representa un paso importante hacia la computación cuántica fotónica.

La simulación se realizó sobre un SLM transmissive HOLOEYE LC 2012, incorporando un modelo de ruido realista de tres canales. Este modelo, derivado de la hoja de datos del fabricante sin ajuste de parámetros libres, incluye ruido de cuantificación de 8 bits, ruido electrónico y térmico de cristal líquido trenzado (TN), y errores de recorte por envoltura de fase. El ruido total calculado fue de σ_total = 92,4 mrad. Se simularon todas las puertas cuánticas universales de un solo qubit ({X, Y, Z, S, T, H}) y las puertas de entrelazamiento de dos qubits ({CNOT, CZ, SWAP}) en una cuadrícula computacional de 512 × 512.

Los resultados de la simulación predicen fidelidades de puerta en el rango de F = 0,9914 a 0,9936. Se observó que las puertas de rejilla de horquilla estaban limitadas principalmente por el ruido TN, mientras que las puertas de fase lograron una mayor fidelidad al no presentar errores de recorte por envoltura de fase. Además, la preparación de estados de Bell, utilizando un circuito H-CNOT, alcanzó una fidelidad de F(Φ+) = 0,9914 después de dos interacciones con el SLM. Estos resultados se compararon favorablemente con seis estudios experimentales previos, que reportaron fidelidades entre el 78% y el 99,6%. Un análisis adicional identificó el rango de longitud de onda de 450-532 nm como el óptimo para el funcionamiento de este dispositivo.