JP7794800B2 - 量子通信に使用される光ファイバチャネルにおけるリアルタイム偏光ドリフト補償のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

量子ネットワークは、物理的に分離された量子プロセッサまたは他の量子デバイス（例えば、量子センサ）間の量子ビット（「キュービット（ｑｕｂｉｔｓ）」）の形態での情報の伝送を可能にする。量子ネットワークは、長距離にわたる光学量子通信を可能にするために使用されてもよく、かつ情報が（例えば、偏光で）符号化される単一光子の伝送を通して、標準電気通信光ファイバを介して実施することができる。任意の距離にわたる量子情報の信頼性のある伝送を可能にするために、追加のコンポーネントが必要とされ得る。

いくつかの実施形態は、システムを提供する。システムは、光ファイバによって光子源に光学的に結合された偏光変調器と、偏光変調器に結合された少なくとも１つのコントローラとを備える。少なくとも１つのコントローラは、機械学習モデルおよび／またはルックアップテーブルを使用して、光子源によって生成される、光ファイバに沿ったある位置におけるプローブ光子の偏光の１つまたは複数の測定値に基づいてフィードバックパラメータを決定し、フィードバックパラメータを使用して、偏光変調器の設定を変更して、プローブ光子に続いて光ファイバ内を伝搬する量子データ光子の偏光を変化させるように構成される。

いくつかの実施形態では、偏光変調器が、光ファイバの長さに沿って順次挿入された複数の変調コンポーネントを備え、複数の変調コンポーネントのうちの少なくとも１つが電気機械的に制御される。いくつかの実施形態では、複数の変調コンポーネントは、光ファイバの１つまたは複数のループが巻回される直径を有するスプールを備え、スプールは、四分の一波長板または二分の一波長板として機能するように構成される。いくつかの実施形態では、フィードバックパラメータを使用して偏光変調器の設定を変更することは、電気信号を使用してスプールの回転を変化させることを含み、スプールの回転により、光ファイバ内の機械的応力および光ファイバの複屈折の変化が生じる。いくつかの実施形態では、光ファイバの複屈折を変化させることにより、光ファイバ内の量子データ光子の偏光の変化が誘起される。

いくつかの実施形態では、複数の変調コンポーネントは、光ファイバがソレイユ・バビネ構成で巻回されるスプールを備える。いくつかの実施形態では、フィードバックパラメータを使用して偏光変調器の設定を変更することは、電気信号を使用してスプールの直径を変化させることを含み、スプールの直径の変化により、光ファイバ内の機械的応力および光ファイバの複屈折の変化が生じる。いくつかの実施形態では、光ファイバの複屈折を変化させることにより、光ファイバ内の量子データ光子の偏光の変化が誘起される。

いくつかの実施形態では、偏光変調器が光学材料を含み、フィードバックパラメータを使用することが、光学材料に電界を印加して、光学材料の複屈折を変調して光ファイバ内の量子データ光子の偏光の変化を誘起することを含む。いくつかの実施形態では、光学材料は、電気弾性光学（ＥＥＯ：ｅｌｅｃｔｒｏ－ｅｌａｓｔｏ－ｏｐｔｉｃａｌ）材料を含む。

いくつかの実施形態では、光子源は、プローブ光子が量子データ光子と同じ方向に光ファイバに沿って伝搬するようにプローブ光子を生成するように構成される。
いくつかの実施形態では、光子源は、プローブ光子が量子データ光子と反対方向に光ファイバに沿って伝搬するようにプローブ光子を生成するように構成される。

いくつかの実施形態では、システムは、偏光変調器に結合され、かつ偏光変調器におけるプローブ光子の偏光の１つまたは複数の測定値を生成するように構成された少なくとも１つの偏光計をさらに備える。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの偏光計は、複数の変調コンポーネントの各々に結合され、プローブ光子の偏光の１つまたは複数の測定値は、複数の変調コンポーネントの各々の出力におけるプローブ光子の偏光の測定値を含む。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つのコントローラは、光子源によって生成されたプローブ光子の初期偏光と、偏光変調器の出力において測定されたプローブ光子の最終偏光との間の差を決定するようにさらに構成され、プローブ光子の偏光の１つまたは複数の測定値に基づいてフィードバックパラメータを決定することは、初期偏光と最終偏光との間の差に基づいてフィードバックパラメータを決定することを含む。

いくつかの実施形態では、初期偏光および最終偏光はそれぞれ、１組の３つのベクトルによって特徴付けられ、初期偏光と最終偏光との間の差は、各組の３つのベクトルのベクトル間の差を含む。いくつかの実施形態では、１組の３つのベクトルは、１つまたは複数の回転波長板および検出器を備える偏光計によって測定される。いくつかの実施形態では、１組の３つのベクトルは、固定アセンブリによって測定され、固定アセンブリは、少なくとも６個のビームスプリッタと、少なくとも６個のビームスプリッタのうちの１つのビームスプリッタの出力に光学的に結合された３個の偏光ビームスプリッタと、複数対の光検出器とを備え、各対の光検出器の光検出器は、３個の偏光ビームスプリッタのうちの１つの偏光ビームスプリッタの出力に光学的に結合され、かつ出力が入射される。

いくつかの実施形態では、量子データ光子は、エンタングルされていない（ｕｎｅｎｔａｎｇｌｅｄ）単一光子のシーケンスおよび／またはエンタングルされた（ｅｎｔａｎｇｌｅｄ）単一光子のシーケンスのうちの少なくとも１つを含む。

いくつかの実施形態では、偏光変調器は、第１の偏光変調器および第２の偏光変調器を備え、光子源は、第１の偏光変調器に光学的に結合された第１の光子源と、第２の偏光変調器に光学的に結合された第２の光子源とを備え、少なくとも１つのコントローラは、第１のローカルコントローラと、第２のローカルコントローラと、グローバルコントローラとを備え、第１のローカルコントローラは、第１の偏光変調器に通信可能に結合され、第２のローカルコントローラは、第２の偏光変調器に通信可能に結合され、グローバルコントローラは、第１および第２の偏光変調器に通信可能に結合される。いくつかの実施形態では、グローバルコントローラは、機械学習モデルを使用してフィードバックパラメータを決定するように構成され、第１および第２のローカルコントローラは、フィードバックパラメータを使用して第１の偏光変調器および／または第２の偏光変調器の設定を変更するように構成される。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つのコントローラは、時系列予測モデルを使用して、フィードバックパラメータを決定するステップおよび偏光変調器の設定を変更するステップを開始する時期を決定することによって、システムのダウンタイムを低減するようにさらに構成される。いくつかの実施形態では、フィードバックパラメータを決定するステップおよび偏光変調器の設定を変更するステップを開始する時期を決定することは、以前に測定された偏光情報に基づいてステップを開始する時期を決定することを含む。

いくつかの実施形態は、１つまたは複数の光子の偏光を補正するための方法を提供する。本方法は、１つまたは複数の光子を生成するように構成された光子源における１つまたは複数の光子の初期偏光と、ある長さの光ファイバを通って伝搬した後の１つまたは複数の光子の最終偏光との間の差を決定するステップと、機械学習モデルおよび／またはルックアップテーブルを使用して、初期偏光と最終偏光との間の差に基づいてフィードバックパラメータを決定するステップと、フィードバックパラメータを使用して、光ファイバに結合された偏光変調器のパラメータを変更して、偏光変調器における後続の光子の偏光を変化させるステップとを含む。

いくつかの実施形態では、本方法は、１つまたは複数の光子が光ファイバに沿って信号光子と同じ方向に伝搬するように、光子源を使用して１つまたは複数の光子を生成するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、本方法は、１つまたは複数の光子が光ファイバに沿って信号光子とは反対方向に伝搬するように、光子源を使用して１つまたは複数の光子を生成するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、光子源は、１つまたは複数の光子が、ある期間、光ファイバ内の唯一の光信号であるように、要求に応じて１つまたは複数の光子を生成するように構成される。

いくつかの実施形態では、本方法は、光ファイバスイッチ、波長分割マルチプレクサ、および／または光サーキュレータを使用して、光ファイバ内の光信号を調節するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、初期偏光および最終偏光はそれぞれ、１組の３つのベクトルによって特徴付けられ、初期偏光と最終偏光との間の差は、各組の３つのベクトルの１つまたは複数のベクトル値における差を含む。いくつかの実施形態では、差は、量子ビット誤り率を含む。

いくつかの実施形態では、機械学習モデルは、ポリシー、報酬テーブル、またはバックプロパゲーションのうちの１つと、相関のある入力偏光値、偏光変調器の設定値、および出力偏光値を含むトレーニングデータセットとを使用してトレーニングされる。いくつかの実施形態では、トレーニングデータセットは、２つ以上の定義された入力偏光値に対する出力偏光値の測定に基づいて決定される。

いくつかの実施形態では、２つ以上の定義された入力偏光値は、Ｈ、Ｖ、Ｄ、Ａ、および／またはＲ／Ｌ偏光値のうちの２つ以上を含む。
いくつかの実施形態では、偏光変調器のパラメータを変更することは、光ファイバの複屈折を変化させて、後続の光子の偏光を変化させるために、偏光変調器の１つまたは複数のスプールの回転を変化させるステップを含み、各スプールは、四分の一波長板または二分の一波長板として機能するように構成され、かつ光ファイバの１つまたは複数のループが巻回される直径を含む。

いくつかの実施形態では、偏光変調器のパラメータを変更することは、電気信号を使用して、光ファイバがソレイユ・バビネ（Ｓｏｌｅｉｌ－Ｂａｂｉｎｅｔ）構成で巻回されたスプールの直径を変化させることを含み、スプールの直径の変化により、光ファイバ内の機械的応力、光ファイバの複屈折の変化、および後続の光子の偏光の変化が生じる。

いくつかの実施形態では、偏光変調器のパラメータを変更することは、光ファイバに結合された光学材料の複屈折を変化させて、後続の光子の偏光を変化させるために、光学材料に印加される電界の大きさを変化させることを含む。

いくつかの実施形態では、初期偏光と最終偏光との間の差を決定することは、異なる同期した光子源から生じる１つまたは複数の光子の２つのグループを干渉させるステップと、１つまたは複数の光子の２つのグループを干渉させることによって生成される干渉パターンを測定するステップとを含む。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光子は、第１の初期偏光の状態を有する第１の光子と、第２の初期偏光の状態を有する第２の光子とを含み、フィードバックパラメータを決定することは、第１の初期偏光と第１の最終偏光との間の差、および第２の初期偏光と第２の最終偏光との間の差に基づいてフィードバックパラメータを決定することを含む。

いくつかの実施形態は、光ファイバを通して伝送される光子の偏光を補正するための方法を提供する。方法は、データ光子および１つまたは複数のプローブ光子を含む光子のシーケンスを光ファイバを通して伝送するステップと、光ファイバを通過した後に１つまたは複数のプローブ光子の偏光を測定するステップと、１つまたは複数のプローブ光子の初期偏光と１つまたは複数のプローブ光子の測定された偏光との間の差を決定するステップと、機械学習モデルおよび／またはルックアップテーブルを使用して、初期偏光と測定された偏光との間の差に基づいてフィードバックパラメータを決定するステップと、フィードバックパラメータを使用して、光ファイバに結合された偏光変調器のパラメータを変更して、データ光子の偏光を補正するステップと、を含む。

いくつかの実施形態では、光子のシーケンスを伝送するステップは、１つまたは複数のプローブ光子を周期的間隔で伝送することを含む。
いくつかの実施形態では、光子のシーケンスを伝送するステップは、１つまたは複数のプローブ光子をトリガイベントに応答して伝送することを含む。いくつかの実施形態では、トリガイベントは、閾値を超える温度変化を含む。いくつかの実施形態では、閾値を超えるトリガイベントは、初期偏光と測定された偏光との間の差の変化を含む。いくつかの実施形態では、トリガイベントは、ＧＰＳ規律クロックおよび／またはファイバベースのネットワーク同期プロトコルによって生成された信号を含む。

いくつかの実施形態では、方法は、以前に測定された偏光ドリフトデータに基づいて、１つまたは複数のプローブ光子の伝送を引き起こすトリガイベントの頻度を決定することをさらに含む。

いくつかの実施形態では、光子のシーケンスを伝送するステップは、１つまたは複数のプローブ光子を伝送することを含み、１つまたは複数のプローブ光子は、第１の定義された偏光状態を有する第１のプローブ光子と、第１の偏光状態と異なる第２の定義された偏光状態を有する第２のプローブ光子とを含む。

いくつかの実施形態では、光子のシーケンスを伝送するステップは、１つまたは複数のプローブ光子を伝送することを含み、１つまたは複数のプローブ光子は、１つまたは複数の波長を有し、１つまたは複数の波長は、データ光子の波長とは異なる。

上記は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の非限定的な概要である。

添付の図面は、一定の縮尺で描かれることを意図していない。図面では、様々な図に示される同一またはほぼ同一の構成要素はそれぞれ、同様の数字によって表されている。明確にするために、全ての図面において全ての構成要素に符号が付されているわけではない。図面は以下の通りである。
本明細書で説明される技術のいくつかの実施形態による、偏光補償を含む量子電気通信システムの概略図である。 本明細書に記載の技術のいくつかの実施形態による、量子データ光子およびプローブ光子がそれぞれ光ファイバに沿って共伝搬するか、または光ファイバに沿って逆伝搬するように配置された、偏光補正を実行するためのファシリティ（ｆａｃｉｌｉｔｙ）１００の概略ブロック図である。 本明細書で説明される技術のいくつかの実施形態による、回転パドルを含む偏光変調器の概略図である。 本明細書に記載の技術のいくつかの実施形態による、スプールと、ソレイユ・バビネ構成で巻回された光ファイバとを含む偏光変調器の概略図である。 本明細書で説明される技術のいくつかの実施形態による、圧電クランプを含む偏光変調器の概略図である。 本明細書に記載される技術のいくつかの実施形態による、光学材料を含む偏光変調器の概略図である。 本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態による、受信された光子の全偏光状態の高速測定を行うように構成される偏光計の概略図である。 本明細書に記載の技術のいくつかの実施形態による、偏光補償を含み、かつ量子データ光子およびプローブ光子が光ファイバに沿って逆伝搬するように構成された量子通信システムの概略ブロック図である。 本明細書に記載の技術のいくつかの実施形態による、偏光補償を含み、かつ量子データ光子およびプローブ光子が光ファイバに沿って共伝搬または逆伝搬するように構成された量子通信システムの概略ブロック図である。 本明細書で説明される技術のいくつかの実施形態による、偏光補正を実行するためのプロセス６００のフローチャートである。 本明細書で説明される技術のいくつかの実施形態による、アウトオブサイクルトリガイベントに応答して実行される偏光補償のための偏光データを示す。 本明細書で説明される実施形態による、時間同期偏光補正を実行するためのファシリティ８００のブロック図である。 本明細書で説明される技術のいくつかの実施形態による、時系列予測において使用するための時間ウィンドウを説明する概略図である。 図１０Ａは、本明細書で説明される技術のいくつかの実施形態による、変換行列および予測機械学習モデルを使用するブラインド補正のための手順を示す図であり、図１０Ｂは、本明細書に記載の技術のいくつかの実施形態による、偏光補償が実行され得る偏光ドリフトの例示的な閾値を示す図である。 本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態による、時系列予測を行うためのプロセスを説明する略図である。 本明細書で説明される態様が実装され得る例示的なコンピューティングデバイスの概略図である。

量子光通信システムにおいて単一光子を使用して伝送される量子情報を維持するために動的偏光変動および／またはドリフト補正を実行するための技法について説明する。これらの技術は、初期の符号化された光子偏光と光子が光ファイバの長さに沿って伝搬した後の光子の測定された偏光との間の測定された差に基づいて、偏光変調器の状態に関するフィードバックを提供するための、機械学習アルゴリズムを含むアルゴリズムの使用を含む。フィードバックは、光子が量子電気通信ネットワークを介して伝送されるときに、単一光子、グループ化された光子、または他の伝送光（例えば、レーザからの）の偏光を維持するために、偏光変調器の設定を変更するために使用され得る。そのような動的フィードバックは、データ忠実度および量子データ（例えば、キュービット）の量子状態を長距離量子通信にわたって維持する。

単一光子領域で動作する量子通信ネットワークの成功裏の実施は、伝送される量子データ光子の量子状態および位相を維持するための方法が開発されて初めて達成することができる。光学量子通信方法は、単一光子または単一光子のエンタングルされた対を使用して情報を伝送する。単一光子の使用は、光ファイバの物理的性質に起因して光子の特性を変化させる効果に対処しなければならないような、実用的な電気通信プロトコルを設計する上での多くの課題を提起する。例えば、光子偏光ドリフトは、光子が光ファイバを通過する際に、光ファイバの物理的な向きの変化及び／又は光ファイバにかかる応力及び／又は歪みによる複屈折効果に起因して発生し得る。

既存のネットワークインフラストラクチャ内での統合をサポートするための量子対応技術および補助コンポーネントは、量子電気通信の早期市場導入を可能にするために必要とされる重要なことである。フォトニックベースの量子ネットワーキングアプリケーションにおいて、情報は、典型的には、光子の偏光状態（ＳＯＰ：ｓｔａｔｅ ｏｆ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）で符号化される。光ファイバが本質的に理想的である場合、信号ＳＯＰは、光子が光ファイバを通過するときに一定に維持されており、補償方法の必要性は排除される。しかしながら、光ファイバ内を伝搬する光のＳＯＰは、熱変化、機械的応力、またはファイバコアの材料の不規則性によって誘起されるランダム複屈折によって、光ファイバの長さに沿って変化する。また、そのような変動は、光路長における不所望の変化につながる。これは、光子のＳＯＰのランダムな変動および／またはドリフトをもたらす。

電気通信インフラストラクチャの大部分は、光子偏光を維持するように構成されていないシングルモードファイバを使用しているため、誘起された変動は両方の偏光軸に影響を与える。これらの変動が２つの偏光軸に沿ってあまり異ならない（例えば、偏光成分間に位相変動がない）と仮定すれば、これらの影響を補償するための高速偏光ドリフト補正デバイスが考案され得る。本発明者らは、そのようなモジュールが古典的な電気通信ネットワークには存在するが、それらは特定の波長の光に対してのみ商品化されており、より重要なことには、量子用途で必要とされるような単一光子レベルでは機能しないことを認識し理解した。加えて、そのような市販の偏光補償モジュールは、通常、測定およびフィードバックに使用するために（例えば、ビームスプリッタを使用して）光信号の一部を除去することによって動作する。そのような信号の除去は、量子データ信号のいかなる損失または妨害も量子電気通信を動作不能にするため、量子電気通信領域においては実現可能ではない。

本発明者らはさらに、機械学習技術が、光通信（例えば、量子および非量子通信を含む）のコンテキストにおいて動的で高速な偏光フレームアライメントの実行を支援し得ることを認識および理解している。例えば、本発明者らは、機械学習技法が、同期した偏光状態の測定値に基づいて偏光補正の適切な方法を決定することができることを認識した。入力および出力光子の偏光状態を偏光変調器の設定と相関させるトレーニングデータを使用して、機械学習モデル（例えば、強化学習アルゴリズム、動的プログラミングアルゴリズム）をトレーニングすることによって、機械学習モデルを、光ファイバを通過する長距離伝送にわたって光子の偏光状態を維持するために、偏光変調器に対する適切なフィードバックパラメータを決定するようにトレーニングすることができる。

本発明者らは、量子電気通信システムのダウンタイムを低減または最小化するために機械学習技法が使用され得ることをさらに認識し、理解した。例えば、本発明者らは、特定の機械学習技術が、履歴偏光データに基づいて偏光ドリフトの予測を行うことによって、自動的なリアルタイム偏光補償を開始するようにトレーニングされ得ることを認識した。そのような機械学習モデル（例えば、時系列予測モデル）は、偏光測定値が取得されるときの規則的または周期的な時点（「予測点」）を基準に予測（「予想」）を行うように構成され得る。機械学習モデルが、偏光ドリフトおよびモデル誤差がある閾値を超えることを予測するときに必ず、ネットワークは、偏光補償保守のために停止され得る。そのようなネットワークダウンタイムを定期的に強制するのではなく、機械学習モデルを使用してそのようなダウンタイムを予測することによって、ネットワークダウンタイムが全体的に低減され得る。

従って、本発明者らは、ほぼリアルタイムの偏光補正を伴う偏光状態分析が可能な任意の長さの光チャネルのための動的キュービット偏光ドリフト補償システムを開発した。いくつかの実施形態は、光ファイバによって光子源（例えば、単一光子源、多光子源、またはレーザなどの光源）に光学的に結合された偏光変調器を含むシステムを提供する。システムは、偏光変調器に結合されたコントローラを含み、コントローラは、機械学習モデルを使用して、ある長さの光ファイバを通過した後の偏光変調器における光子の偏光の１つまたは複数の測定値（例えば、偏光計によって実行されるような）に基づいてフィードバックパラメータを決定するように構成され得る。コントローラは、フィードバックパラメータを使用して、偏光変調器の設定を変更して、偏光変調器における光子の偏光を補正するようにさらに構成され得る。

例えば、いくつかの実施形態において、偏光変調器は、光ファイバの一部が巻回される直径を有するスプールを含むファイバ偏光コントローラであり得る。コントローラは、スプールの電気機械コントローラに信号としてフィードバックパラメータを送信し得、スプールの電気機械コントローラは、スプールの回転を変化させて光ファイバの位置を変化させ得る（例えば、光ファイバにかかる応力または歪みを変化させて、光ファイバの複屈折の変化を誘起させる）。いくつかの実施形態では、光ファイバに対するこの機械的歪みは、フィードバックパラメータに応答してソレイユ・バビネ構成においてスプールの径を変化させることによって引き起こされ得る。

いくつかの実施形態では、偏光変調器は、非線形光学材料（例えば、ベータホウ酸バリウム（ＢＢＯ：ｂｅｔａ ｂａｒｉｕｍ ｂｏｒａｔｅ）、ニオブ酸リチウム、リン酸二水素アンモニウム（ＡＤＰ：ａｍｍｏｎｉｕｍ ｄｉｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、および／または任意の他の好適な非線形光学材料）を含んでもよく、フィードバックパラメータは、非線形光学材料に印加される電界を変化させて、非線形光学材料の複屈折の変化を誘起させるように構成される信号として送信され得る。いくつかの実施形態において、偏光変調器は、電気弾性光学（ＥＥＯ）材料（例えば、モルフォトロピック相境界を有する二軸性結晶ペロブスカイト三元固溶体（ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ ｔｅｒｎａｒｙ ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ））を含み得る。

いくつかの実施形態は、光ファイバを通して伝送される光子の偏光値を補正する方法を提供する。本方法は、データ光子および１つまたは複数のプローブ光子を含む光子または光パルスのシーケンスを、光ファイバを通して伝送するステップを含み得る。プローブ光子は、例えば、既知の初期偏光で符号化され得、かつ周期的に（例えば、量子データ光子と織り交ぜられる（ｉｎｔｅｒｗｅａｖｅｄ）ように）、またはトリガイベントに応答して（例えば、検出された温度変化に応答して、既知の初期偏光と最終偏光との間の差が閾値を超えることに応答して、有用な量子演算レートの減少または増加（例えば、量子ビット誤り率（ＱＢＥＲ：ｑｕａｎｔｕｍ ｂｉｔ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ）の変化）に応答して）生成され得る。いくつかの実施形態では、トリガイベントは、ＧＰＳ規律クロックおよび／またはファイバベースのネットワーク同期プロトコル（例えば、ホワイトラビットプロトコル）によって生成された信号であり得る。本方法は、光ファイバを通過した後に１つまたは複数のプローブ光子の偏光を測定するステップと（例えば、偏光計を使用することによって）と、１つまたは複数のプローブ光子の初期偏光と１つまたは複数のプローブ光子の測定された偏光との間の差を決定するステップとをさらに含み得る。本方法は、機械学習モデルおよび／またはルックアップテーブルを使用して、初期偏光と測定された偏光との間の差に基づいてフィードバックパラメータを決定するステップと、光ファイバに結合された偏光変調器のパラメータを変更して、初期偏光と測定された偏光との間の差を補正するステップとを含み得る。

いくつかの実施形態では、方法は、２つの独立したファイバチャネルの相対的な較正を含み得る。ネットワーク内のエンタングルメントベースの動作の場合、光子を、別個のファイバチャネルによって提供される光子と共通の場所において干渉させ得る。既知の偏光の光子は、各ファイバチャネルを通して伝送され、測定ステーションにおいて干渉され得る。結果として生じる干渉パターンの見え方を利用して、他のファイバチャネルに対する一方のファイバチャネルの相対的な性能を向上させ得る。

以下は、量子電気通信システムのための動的偏光ドリフト補正を実施するための技法に関する種々の概念および実施形態のより詳細な説明である。本明細書で説明する様々な態様は、多数の方法のいずれかで実施され得ることを理解されたい。特定の実施形態の例は、説明のためにのみ本明細書で提供される。加えて、以下の実施形態で説明される様々な態様は、単独で、または任意の組み合わせで使用されてもよく、本明細書で明示的に説明される組み合わせに限定されるものではない。

図１Ａは、本明細書で説明される技術のいくつかの実施形態による、偏光補償を含む量子電気通信システムの概略図である。参照基準における既知の偏光状態１０１ａは、プローブ光子源１０２によって生成され、かつ光ファイバ１０４に沿って伝送される。光ファイバ１０４は、長尺（例えば、数十キロメートルの長さ、数百キロメートルの長さ）であり得る。到達点（例えば、光ファイバ１０４の向こう側）において、偏光状態１０１ｂは、光ファイバ１０４の伝搬長に沿った光ファイバ効果（例えば、材料変化、熱変化など）に起因して任意の変換を受けている。

いくつかの実施形態において、変換１０３が受信された偏光状態１０１ｂに適用される。変換１０３は、好ましくは、光ファイバ１０４によって適用される未知の変換の逆に対応する。従って、受信された偏光状態１０１ｂに変換１０３を適用することによって、初期の既知の偏光状態１０１ａを最終偏光状態１０１ｃとして取得することができる。このようにして、システムは、光ファイバの変化（例えば、熱的変化、機械的変化、または他の変化）によって引き起こされる偏光ドリフトを補正して、プローブ光を元の既知の偏光状態１０１ａにすることができる。量子経路Ｑはプローブ光とマージされるので、任意の伝送される量子データにも偏光補償が適用され、それによって、量子データの初期量子状態が保持される。

図１Ｂは、本明細書に記載の実施形態による、偏光補正を実行するためのファシリティ１００の一例の概略ブロック図である。図１Ｂの例では、プローブ光子は、プローブ光子源１０２によって生成され、かつ偏光変調器１０５によって既知の偏光状態（例えば、Ｈ、Ｖ、Ｄ、Ａ、Ｒ、及び／又はＬ偏光状態）で符号化される。偏光変調器１０５は、任意の適切な偏光変調器（例えば、本明細書の図２Ａ－図２Ｃに関連して説明されるような機械的偏光変調器、電気光学変調器（ＥＯＭ：ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）、または本明細書の図２Ｄに関連して説明されるような非線形光学材料）であり得る。プローブ光子源１０２によって生成された光子は、既知の偏光状態で符号化された後、通信光ファイバ１０４に沿って左から右へ偏光補正システム１１０に向かって伝搬する。

図１Ｂの例は、量子データ光子源１０６からの量子データ光子が、光ファイバ１０４に沿って左から右へ（例えば、プローブ光子と「共伝搬」するように）、または光ファイバ１０４に沿って右から左へ（例えば、プローブ光子に対して「逆伝搬」するように）伝搬し得るように描かれている。いずれの伝搬方式においても、量子データ光子源１０６からの量子データ光子は、コンバイナ１０７（例えば、任意の適切な光コンバイナ、波長分割マルチプレクサ（例えば、高密度波長分割マルチプレクサ）、波長スプリッタ、光サーキュレータなど）を介して通信光ファイバ１０８に入る。量子データ光子は、光ファイバ１０４内でプローブ光子と結合される。例えば、量子データ光子は、いくつかの実施形態では、プローブ光子とインターリーブされ得る。

図１Ｂの例示的な例では、ファシリティ１００は、偏光補正システム１１０および偏光補正コンソール１２０を含む。ファシリティ１００は例示的なものであり、ファシリティは、図１Ｂに示されるコンポーネントに加えて、またはその代わりに、任意の適切なタイプの１つまたは複数の他のコンポーネントを有し得ることを理解されたい。例えば、ファシリティ内に遠隔システムが存在してもよく、かつ／またはファシリティ内に追加の光学コンポーネントが存在し得る。

図１Ｂに示すように、いくつかの実施形態では、偏光補正システム１１０、偏光補正コンソール１２０、および時間同期モジュール１４０は、ネットワーク１３０によって通信可能に接続され得る。時間同期モジュール１４０は、ネットワーク１３０に通信可能に接続されたＧＰＳ規律クロック、光ファイバベースの同期プロトコル（例えば、ホワイトラビットプロトコルまたは任意の他の適切な光分配クロックプロトコル）、および／または同期トリガ（図示せず）を含み得る。時間同期モジュール１４０は、信号を生成して、プローブ光子源１０２および／または量子データ光子源１０６に送信するように構成され得、信号は、プローブ光子源１０２に、偏光補正において使用するための光子のシーケンスを送信させるように構成される。ネットワーク１３０は、ローカルエリアまたはワイドエリアの企業ネットワークおよび／またはインターネットを含む、１つまたは複数のローカルエリアおよび／またはワイドエリアの有線および／または無線ネットワークであるか、またはそれらを含み得る。従って、ネットワーク１３０は、例えば、ハードワイヤードネットワーク（例えば、ファシリティ内のローカルエリアネットワーク）、無線ネットワーク（例えば、Ｗｉ－Ｆｉおよび／またはセルラーネットワークを介して接続される）、クラウドベースのコンピューティングネットワーク、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。例えば、いくつかの実施形態では、偏光補正システム１１０および偏光補正コンソール１２０は、同じファシリティ内に位置して、互いに直接接続され得るか、またはネットワーク１３０を介して互いに接続され得る。いくつかの実施形態では、時間同期モジュール１４０は、偏光補正コンソール１２０および／または偏光補正システム１１０に直接接続され得る。

いくつかの実施形態では、偏光補正コンソール１２０は、偏光補正システム１１０内のコンポーネントのフィードバックパラメータを決定し、調整し、かつ／またはコンポーネントに対する保守を実行するように構成され得る。偏光補正システム１１０は、プローブ光子源１０２および量子データ光子源１０６から光ファイバ１０４を介して光子を受け取る偏光変調器１１２を含み得る。プローブ光子源１０２、量子データ光子源１０６、及び／又は光ファイバ１０４は、ファシリティ１００の外部にあり得るが、プローブ光子源１０２、量子データ光子源１０６、及び／又は光ファイバ１０４は、ファシリティ１００の一部に含まれてもよいことが理解され得る。偏光補正システム１１０、プローブ光子源１０２、及び／又は量子データ光子源１０６は、時間同期モジュール１４０によって実行されるＧＰＳ監視によって同期され得る。例えば、時間同期モジュール１４０は、ＧＰＳデータを直接又はネットワーク１３０を介して偏光補正コンソール１２０に提供することによって、プローブ光子源１０２及び／又は量子データ光子源１０６による光子の生成、並びに偏光補正システム１１０における光子の受信を較正し得る。

いくつかの実施形態では、偏光補正システム１１０は、偏光変調器１１２を通過した後、または偏光変調器１１２の一部を通過した後の１つおよび／または複数の光子の偏光を測定するように構成された偏光計１１４をさらに含み得る。いくつかの実施形態は、複数の偏光変調器１１２を含み得ることを理解されたい（例えば、複数の光ファイバ入力を含む実施形態は、図１Ｂの例に示されていない追加の偏光変調器を含み得る）。

いくつかの実施形態では、プローブ光子源１０２および／または量子データ光子源１０６は、単一光子、光子対、および／または少数光子パルスを生成するように構成された光子源であり得る。いくつかの実施形態では、プローブ光子源１０２および／または量子データ光子源１０６は、複数の光子を生成するように構成された古典的光源（例えば、レーザまたは他のコヒーレント光源）であり得る。

プローブ光子源１０２および／または量子データ光子源１０６が光子対を生成するように構成される実施形態では、プローブ光子源１０２および／または量子データ光子源１０６は、光子対の光子の量子状態をエンタングルするようにさらに構成され得るが、エンタングルされていない光子対も、プローブ光子源１０２および／または量子データ光子源１０６によって生成され得ることを理解されたい。例えば、プローブ光子源１０２及び／又は量子データ光子源１０６は、光子対の光子の状態をエンタングルするように構成された非線形光学材料（例えば、ベータホウ酸バリウム（ＢＢＯ）、ニオブ酸リチウム、リン酸二水素アンモニウム（ＡＤＰ）、及び／又は任意の他の適切な非線形光学材料）を含み得る。

いくつかの実施形態では、プローブ光子源１０２は、異なる波長を有する１つまたは複数の光子を生成するように構成され得る。例えば、プローブ光子源１０２は、量子データ光子の波長よりも大きい波長を有する光子を生成し、かつ量子データ光子の波長よりも小さい波長を有する光子を生成するように構成され得る。例えば、プローブ光子源１０２は、量子データ光子の波長よりも５０ｎｍ大きい波長を有する光子及び量子データ光子の波長よりも５０ｎｍ小さい波長を有する光子を生成するように構成され得る（例えば、１３５０ｎｍの波長を有する量子データ光子に対して、プローブ光子源１０２は、１３００ｎｍ及び１４００ｎｍの波長を有するプローブ光子を生成し得る）。

いくつかの実施形態では、別の例として、量子データ光子源１０６は、エンタングルされた光子対を介して量子データを保存および伝送するように構成された量子メモリであり得る。量子データ光子源１０６として実施され得る量子メモリのさらなる態様は、２０２１年９月２５日に出願の「常温量子情報バッファリング、ストレージ、および通信を可能にするデバイス、システム、および方法（Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｆａｃｉｌｉｔａｔｉｎｇ Ａｍｂｉｅｎｔ－Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ，Ｓｔｏｒａｇｅ，ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）」と題された米国特許出願公開第２０２０／００２８８６５号明細書に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

いくつかの実施形態では、偏光変調器１１２は、光ファイバの一部に機械的応力および／または歪みを加えて光ファイバの一部の複屈折を変化させることによって、光ファイバに沿って移動する光子の偏光を変化させるように構成され得る。光ファイバの一部に機械的応力および／または歪みを加えることができ、かつ偏光変調器１１２に含まれ得るコンポーネントの例が、図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃに示されている。

図２Ａは、本明細書に記載される技術のいくつかの実施形態による、電気機械的に回転可能なパドルを含む光ファイバ偏光コントローラを含む偏光変調器の概略図である。図２Ａの光ファイバ偏光コントローラは、光ファイバ１０４の長さに沿って順次挿入される電気機械的に制御されるスプールまたはパドル上に取り付けられた光ファイバの１つまたは複数のスプールを含む。スプールは、光ファイバ１０４が巻回され得る直径を有する。

いくつかの実施形態では、スプールは、四分の一波長板または二分の一波長板として機能するように構成され得る。いくつかの実施形態では、偏光変調器１１２は３つのスプールを含み得、２つのスプール２１０は四分の一波長板として構成され、１つのスプール２１２は他の２つのスプール２１０の間に配置され、二分の一波長板として構成される。いくつかの実施形態では、偏光変調器１１２は、リターダンスの任意の適切な値を有するように構成された任意の適切な数のスプールを含むことができることを理解されたい。

いくつかの実施形態では、スプール２１０、２１２を回転させることにより、光ファイバ１０４の巻回部分上の機械的応力および／またはひずみが変化し、光ファイバ１０４の巻回部分の複屈折が変化し、かつ光が偏光変調器１１２を通過する際の光の偏光が変化し得る。スプールは、電気機械モータを使用して任意の所望の位置に自動的に回転され得る。電気機械モータは、偏光補正コンソール１２０からフィードバック信号を受信することに応答して、偏光変調器の１つまたは複数のスプールを回転させ得る。

図２Ｂは、本明細書に記載の技術のいくつかの実施形態による、スプールと、ソレイユ・バビネ構成で巻回された光ファイバとを含む偏光変調器の概略図である。スプール２１４は調節可能な直径を有し、スプール２１４の周りに光ファイバ１０４が巻回される。いくつかの実施形態では、スプール２１４の直径を変化させることにより、光ファイバ１０４の巻回部分上の機械的応力および／またはひずみが変化し、それによって、光ファイバ１０４の巻回部分の複屈折および偏光変調器１１２を通過する際の光の偏光が変化し得る。スプール２１４の直径は、電気機械モータを使用して自動的に変更され得る。電気機械モータは、偏光補正コンソール１２０からフィードバック信号を受信することに応答して、スプール２１４の直径を変化させ得る。

図２Ｃは、本明細書で説明される技術のいくつかの実施形態による、圧電クランプを含む偏光変調器の概略図である。圧電クランプ２１６、２１７は、光ファイバ１０４が圧電プレート間に配置されるように配置された１対または複数対の圧電プレートを含み得る。図２Ｃの例に示すように、光ファイバ１０４の長さに沿って配置された４つの圧電クランプ２１６、２１７が存在し得る。しかしながら、本明細書に記載の技術の態様はこの点において限定されず、任意の適切な数（例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ以上など）の圧電クランプ２１６、２１７が光ファイバ１０４の長さに沿って配置され得ることを理解されたい。

圧電クランプはさらに、第１の圧電クランプ２１６が第１の平面内に配置され、第２の圧電クランプ２１７が第１の平面に対してある角度（例えば、４５°）で第２の平面内に配置されるように配置され得る。本明細書で説明される技術の態様はそのように限定されず、第２の平面と第１の平面との間の任意の適切な角度が使用され得ることを理解されたい。

いくつかの実施形態において、圧電クランプ２１６、２１７は、圧電クランプ２１６、２１７の圧電板の間に配置された光ファイバ１０４の一部に圧力を加えるように構成され得る。光ファイバ１０４の一部に対する圧力を変化させることにより、圧電クランプ２１６、２１７の圧電プレート間に配置された光ファイバ１０４の一部の複屈折が変化し得る。従って、光ファイバ１０４の一部上の圧力を変化させることにより、光ファイバ１０４を通過する光子の偏光が変化し得る。いくつかの実施形態では、圧電クランプ２１６、２１７は、受信された電気信号（例えば、印加された電界）に応答して、膨張することによって圧力を印加するように、または収縮することによって圧力を除去するように構成され得る。受信される電気信号は、偏光補正コンソール１２０からのフィードバック信号であり得る。

いくつかの実施形態において、偏光変調器１１２は、調整可能な複屈折を有する光学材料を含み得る。例えば、偏光変調器１１２は、光学材料（例えば、ベータホウ酸バリウム（ＢＢＯ）、ニオブ酸リチウム、リン酸二水素アンモニウム（ＡＤＰ）、および／または任意の他の適切な非線形光学材料）を含み得る。光学材料は複屈折性であり得る（例えば、非線形光学材料を通過する光の偏光および伝搬方向に依存する屈折率を有し得る）。いくつかの実施形態において、光学材料の複屈折は、調整パラメータ（例えば、温度、印加電界など）によって調整され得る。（例えば、温度または印加電界を変化させることによって）偏光変調器１１２の光学材料の複屈折を調整することは、偏光変調器１１２を通過する光の偏光を変化させるために使用され得る。

一例として、図２Ｄは、本明細書に記載の技術のいくつかの実施形態による、電界の印加によって調整可能な複屈折を有する光学材料２１８（例えば、線形光学材料、非線形光学材料）を含む偏光変調器の概略図である。例えば、光学材料２１８は、電気光学変調器（ＥＯＭ）、ポッケルスセル、および／または電気弾性光学（ＥＥＯ）材料であり得る。ＥＥＯ材料は、例えば、モルフォトロピック相境界を有するペロブスカイト三元固溶体の構造を有する二軸性光学結晶であり得る。例えば、ＥＥＯ材料は、ＢサイトがＳｂ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｍｇ、および／またはＮｂのうちの１つまたは複数によって占有されるＡＢＯ３型の化学式を有し得る。

いくつかの実施形態では、光学材料２１９は、光学材料２１８を含む光路の一部の複屈折を変化させることによって、光ファイバに沿って移動する光子の偏光を変化させるために使用され得る。例えば、（例えば、電流源２１９を使用して）光学材料２１８に電界を印加すると、例えば、線形電気光学効果によって引き起こされる内部電界Ｅの変化に起因して、光学材料２１８に複屈折の変化を生じさせ得る。この光学材料の複屈折の変化により、光ファイバに沿って移動する光子の偏光が変調される。図２Ｄから分かるように、光子は、偏光状態Ｐ１を有して光学材料２１８に入り、変更された偏光状態Ｐ２を有して光学材料２１８から出る。いくつかの実施形態において、印加される電界は、偏光補正コンソール１２０からのフィードバック信号であり得る。

図１Ｂに戻ると、いくつかの実施形態において、偏光計１１４は、光子が偏光変調器１１２を通過した後の光子の偏光を示す測定信号を提供するように構成され得る。代替的または追加的に、偏光計１１４は、偏光変調器１１２の異なる部分を通過した後（例えば、図２Ａの光ファイバ偏光コントローラの例では各スプールの後）の光子の偏光を示す１つまたは複数の測定信号を提供するように構成され得る。測定信号は、偏光変調器１１２への適切なフィードバックを決定するために、例えば、偏光補正コンソール１２０に送信され得る。

図３は、本明細書に記載の技術のいくつかの実施形態による、例示的なストークス偏光計３００の概略図である。ストークス偏光計３００は、いくつかの実施形態において、図１Ｂの偏光計１１４として実装され得る。ストークス偏光計３００は、入力ストークスパラメータｓ_０、ｓ_１、ｓ_２、およびｓ_３の高速測定を実行するように構成され得、ｓ_１、ｓ_２、およびｓ_３は、ストークスベクトルの成分である。ストークス偏光計３００は、６個のビームスプリッタ３０２と、３個の偏光ビームスプリッタ３０４ａ、３０４ｂと、６個の光検出器３０６とを含む。いくつかの実施形態では、６個のビームスプリッタ３０２が存在しなくてもよく、３個の偏光ビームスプリッタ３０４ａ、３０４ｂが単独で使用され得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、四分の一波長板３０８がストークス偏光計３００に含まれ得る。四分の一波長板３０８は、ｓ_３が測定され得るように入力ストークスパラメータの回転を生じさせるように構成され得る。

いくつかの実施形態では、６個のビームスプリッタ３０２は、入力光信号を、入力光信号と同じ偏光状態（ＳＯＰ）を有する３つの出力光信号に分割するように構成される。３個の偏光ビームスプリッタ３０４ａ、３０４ｂはそれぞれ、３つの出力光信号のうちの１つを２つの出力光信号に分割するように構成される。偏光ビームスプリッタ３０４ａ、３０４ｂの各々からの２つの出力光信号は、異なる偏光を有し得る。いくつかの実施形態では、３個の偏光ビームスプリッタのうちの２個の偏光ビームスプリッタ３０４ａは、隣接するビームスプリッタ３０２に対して０°回転で配置され得る。これに対して、３個の偏光ビームスプリッタのうちの１個の偏光ビームスプリッタ３０４ｂは、隣接するビームスプリッタ３０２に対してある回転角θ（例えば、４５°）を有するように配置され得る。

いくつかの実施形態では、偏光ビームスプリッタ３０４ａ、３０４ｂからの２つの出力光信号の各々は、対応する光検出器３０６によって受信され得る。光検出器は、例えば、フォトディテクタであり得る。複数の光検出器３０６は、３個の偏光ビームスプリッタ３０４ａ、３０４ｂからの入射光を受光するように配置され得る（例えば、光検出器３０６は、個々の偏光ビームスプリッタの面に垂直であり得る）。偏光計の追加の態様は、エス．シバタ（Ｓ．Ｓｈｉｂａｔａ）他による「３ウェイ偏光保存ビームスプリッタを用いた小型・高速ストークス偏光計（Ｃｏｍｐａｃｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ Ｓｔｏｋｅｓ ｐｏｌａｒｉｍｅｔｅｒ ｕｓｉｎｇ ｔｈｒｅｅ－ｗａｙ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ－ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒｓ）」、応用光学（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ）、第５８巻、第２１号、５６４４－５６４９頁、（２０１９年）に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

図１Ｂに戻ると、ファシリティ１００は、偏光補正システム１１０に通信可能に結合された偏光補正コンソール１２０を含む。偏光補正コンソール１２０は、命令及び／又は情報を偏光補正システム１１０に送信し、偏光補正システム１１０から情報を受信し、かつ／又は（例えば、偏光計１１４から取得されるような）取得された測定信号を処理するように構成された任意の適切な電子デバイスであり得る。いくつかの実施形態では、偏光補正コンソール１２０は、デスクトップコンピュータ、ラックマウントコンピュータ、または任意の他の好適な固定電子デバイス等の固定電子デバイスであり得る。代替的に、偏光補正コンソール１２０は、偏光補正システム１１０に命令及び／または情報を送信し、偏光補正システム１１０から情報を受信し、かつ／又は取得された測定信号を処理するように構成され得るラップトップコンピュータ、スマートフォン、タブレットコンピュータ、又は任意の他のポータブルデバイス等のポータブルデバイスであり得る。

いくつかの実施形態は、偏光補正コンソール１２０上に格納された偏光補正ファシリティ１２２を含み得る。偏光補正ファシリティ１２２は、偏光変調器１１２を出る光子の偏光を変化させるために、偏光変調器１１２の設定を変更するように構成されたフィードバックパラメータを決定するように構成され得る。偏光補正ファシリティ１２２は、例えば、偏光計１１４によって取得された偏光を分析して、光ファイバ１０４を通過した後の光子の測定された偏光と、（例えば、プローブ光子源１０２によって生成されたような）光子の既知の初期偏光との間の差を決定するように構成され得る。光子の偏光状態は、初期のもの、および偏光計１１４を通過した後に測定されたものの両方が、（例えば、ポアンカレ球に関連付けられるような）１組の３つのベクトルによって特徴付けられ得る。偏光補正ファシリティ１２２は、初期偏光および測定された偏光に関連付けられた各組の３つのベクトルのベクトル値の間の差を決定するように構成され得る。代替的に、いくつかの実施形態では、光子の偏光状態は、（例えば、ストークスベクトルと関連付けられるような）単一ベクトルによって特徴付けられ得る。

いくつかの実施形態では、偏光補正ファシリティ１２２は、初期偏光と測定偏光との間の決定された差に基づいて、偏光変調器１１２の１つまたは複数の設定を変更するために使用されるフィードバックパラメータを決定し得る。フィードバックパラメータは、偏光変調器１１２の１つまたは複数の設定を変更して、初期偏光と測定偏光との間の差を低減または無くすために（例えば、光ファイバ１０４を通過した後の量子データ光子の量子状態の誤差を低減するために）選択され得る。

いくつかの実施形態では、偏光補正ファシリティ１２２は、機械学習モデルおよび／またはルックアップテーブルを使用して、フィードバックパラメータを決定し得る。例えば、偏光補正ファシリティ１２２は、強化学習アルゴリズムおよび／または動的プログラミングアルゴリズムを含む機械学習モデルを使用して、フィードバックパラメータを決定し得る。例えば、トレーニング中に、機械学習モデルは、１つまたは複数のフィードバックパラメータを生成することと、ルックアップテーブルに格納された１組の利用可能なフィードバックパラメータを探索することと、初期光子偏光値および測定された光子偏光値に基づいて報酬を生成することとが課せられ得る。

いくつかの実施形態では、ルックアップテーブルは、偏光変調器の設定をプローブ光子の偏光状態への誘起された変化と相関させることによって、ネットワーク使用の前に生成され得る。例えば、２つ以上の符号化された偏光状態（例えば、Ｈ、Ｖ、Ｄ、Ａ、および／またはＲ／Ｌ）を有する、および／または２つ以上の波長（例えば、量子データ光子の波長より上および下）を有するプローブ光子は、光ファイバ１０４を通して偏光変調器１１２に伝送され得る。ルックアップテーブルは、偏光変調器の設定を、偏光変調器において異なる初期偏光状態および／または波長を有するプローブ光子の測定された偏光の変化と相関させることによって生成され得る。

いくつかの実施形態では、ルックアップテーブルを検索するために機械学習モデルを使用することは、フィードバックパラメータを決定する速度および精度を増加させ得る。例えば、偏光変調器１１２が２５５^４個の利用可能な位置を有し得る場合、ルックアップテーブルは、２５５^４個のエントリを有する４つの異なるテーブルを備え得、フィードバックパラメータを決定するための検索は、４×２５５^４個のエントリを通して検索することを備えることになる。機械学習モデルは、そのトレーニングに基づいて検索速度および精度を向上することができる。

いくつかの実施形態では、生成された報酬は、生成されたフィードバックパラメータがシステムの安定化に対して有し得る影響に比例し得る。例えば、１つまたは複数のトレーニング済みのフィードバックパラメータは、強化学習アルゴリズムにアップロードされてもよく、その時点で、強化学習アルゴリズムは、１つまたは複数のフィードバックパラメータを使用して、所与の光子対の偏光状態を補正および／または保存し得る。代替的に、機械学習モデルの展開時に、特定の新たな環境においてさらなるトレーニングを実行するためのベースとして以前のトレーニングデータを使用して、機械学習モデルが展開される環境に最も良く適合するように、１つまたは複数のフィードバックパラメータが再トレーニングされ得る。

いくつかの実施形態では、機械学習モデルをトレーニングした後、偏光補正ファシリティ１２２は、機械学習モデルを使用して、より大きな量子電気通信システムの動作中に光子偏光を周期的に補正し得る。例えば、プローブ光子源１０２は、（例えば、時間同期モジュール１４０からの時間同期情報に基づいて、または本明細書で説明されるような時系列予測モデルからの入力に基づいて）量子情報を搬送する量子データ光子またはデータ光子群の間に、既知の偏光を有するプローブ光子を周期的に織り交ぜ得る。偏光補正システム１１０および偏光補正ファシリティ１２２は、これらのプローブ光子の測定された偏光に基づいて、偏光変調器１１２の設定を変更し得る。代替的または追加的に、プローブ光子源１０２は、周期的な間隔で、および／またはトリガイベントに応答して、１つまたは複数の量子データ光子の間にプローブ光子を織り交ぜてもよい。例えば、温度変化の速度の増加に応答して、プローブ光子源１０２は、温度変化が光ファイバ１０４および／または伝送チェーン内の他の光学コンポーネントの光学特性を変化させ得るため、１つまたは複数の量子データ光子の間にプローブ光子を織り交ぜ得る。別の例として、プローブ光子源１０２は、閾値を超える（例えば、５％、１０％、又は１５％のドリフトを超える）測定された偏光ドリフトに応答して、１つまたは複数の量子データ光子の間にプローブ光子を織り交ぜ得る。

いくつかの実施形態では、偏光補正コンソール１２０は、偏光補正システム１１０および／またはより大規模な量子光通信システムの保守を行うために、偏光補正システムのユーザ１２４によってアクセスされ得る。例えば、偏光補正システムのユーザ１２４は、１つまたは複数の命令を偏光補正コンソール１２０に入力することによって偏光補正プロセスを実施し得る（例えば、偏光補正システムのユーザ１２４は、偏光計１１４から更新された偏光測定値を要求し得、前記偏光測定値に応答して偏光補正プロセスを実施し得る）。代替的にまたは追加的に、いくつかの実施形態では、偏光補正システムのユーザ１２４は、１つまたは複数の命令を偏光補正コンソール１２０に入力することによって、（例えば、規則的な時間間隔または不規則な時間間隔のいずれかで）周期的な偏光補正手順を実施し得る。

図４は、本明細書で説明される技術のいくつかの実施形態による、偏光補償を含む量子通信システム４００の概略ブロック図である。システム４００は、量子データ光子及びプローブ光子が光ファイバ１０４に沿って逆伝搬する（例えば、量子データ光子及びプローブ光子が光ファイバ１０４を反対方向に通過する）ように構成される。システム４００は、図１Ｂに関連して本明細書で説明されるシステム１００の一例として実施され得る。

いくつかの実施形態では、プローブ光子源１０２および量子データ光子源１０６は、光サーキュレータ４１２ａおよび４１２ｂを介して光ファイバ１０４に結合され得る。任意選択的に、量子データ光子源１０６からの量子データ光子は、光サーキュレータ４１２ａに入る前に偏光較正デバイス４０８（例えば、１つまたは複数の固定波長板）を通過し得る。同様に、量子データ出力４１６は、光ファイバ１０４および光サーキュレータ４１２ｂを出た後、任意選択のフィルタリングおよび／または偏光較正４１４を通過し得る。いくつかの実施形態では、任意選択のフィルタリングおよび／または偏光較正４１４は、手動エタロン、ファイバブラッグ格子、ダイクロイックフィルタ、または任意の他の適切なフィルタのうちの１つまたは複数、および／または１つまたは複数の固定波長板を含み得る。

いくつかの実施形態では、マイクロコントローラユニット４１０ａおよび４１０ｂは、それぞれ、プローブ光子源１０２によるプローブ光子の同期生成を可能にするため、および偏光変調器１１２を使用して偏光補正プロセスを実施するために使用され得る。マイクロコントローラユニット４１０ａ及び４１０ｂは、（例えば、プローブ光子及び／又は量子データ光子の伝送を同期させるために）時間同期モジュール１４０に（例えば、ネットワークを介して）通信可能に結合され、かつ／又は（例えば、偏光計１１４から偏光補正ファシリティ１２２に測定値を送信するために）偏光補正ファシリティ１２２に（例えば、ネットワークを介して）通信可能に結合され得る。

いくつかの実施形態では、マイクロコントローラユニット４１０ａおよび４１０ｂは、偏光補償プロセスの同期を可能にするために、（例えば、ネットワークを介して）互いに通信可能に結合され得る。例えば、マイクロコントローラユニット４１０ｂは、トリガ情報（例えば、偏光が閾値を超えてドリフトしたこと）をマイクロコントローラユニット４１０ａに送信し得る。次いで、マイクロコントローラユニット４１０ａは、偏光補正ファシリティ１２２によって生成されたフィードバックパラメータを使用して偏光変調器１１２の設定を調整することによって偏光補償プロセスを開始するために、既知の符号化された偏光状態を有するプローブ光子の伝送を開始するようにプローブ光子源１０２および／または偏光変調器１０５に命令を送信し得る。

図５は、本明細書で説明される技術のいくつかの実施形態による、偏光補償を含む別の量子通信システム５００の概略ブロック図である。システム５００は、図５の例に示すように、プローブ光子及び量子データ光子が光ファイバ１０４に沿って共伝搬するように構成される。しかしながら、いくつかの実施形態では、システム５００は、量子データ光子およびプローブ光子が光ファイバに沿って逆伝搬するように構成され得る（例えば、プローブ光子源１０２の位置を偏光変調器１１２および偏光計１１４の位置と切り替えることによって）。

いくつかの実施形態では、プローブ光子源１０２および量子データ光子源１０６は、コンバイナまたはスイッチ５１２ａ，５１２ｂを介して光ファイバ１０４に結合され得る。コンバイナまたはスイッチ５１２ａ，５１２ｂは、任意の適切な光コンバイナ（例えば、波長分割マルチプレクサ、高密度波長分割マルチプレクサ）、任意の適切な光スプリッタ、または任意の適切な光スイッチを含み得る。光サーキュレータ４１２ａ，４１２ｂではなく、コンバイナまたはスイッチ５１２ａ、５１２ｂを使用することにより、システム５００を共伝搬構成または逆伝搬構成の両方で構成することが可能になる。

図６は、本明細書に記載の実施形態による、偏光補正を実行するためのプロセス６００のフローチャートである。プロセス６００は、図１Ｂの偏光補正ファシリティ１２２などの偏光補正ファシリティによって実施することができる。従って、いくつかの実施形態では、プロセス６００は、偏光補正システムに命令を送信し、かつ／または偏光補正システムから情報を受信するように構成されたコンピューティングデバイス（例えば、図１Ｂに関連して説明した偏光補正ファシリティ１２２を実行する偏光補正コンソール１２０）によって実行することができる。別の例として、いくつかの実施形態では、プロセス６００は、偏光補正システムから遠隔に位置する（例えば、ネットワークを介して接続されるクラウドコンピューティング環境の一部としての）１つまたは複数のプロセッサによって実行され得る。

プロセス６００は、動作６０２で開始することができ、偏光補正ファシリティは、１つまたは複数の光子を生成するように構成された光子源において生成された１つまたは複数の光子の初期偏光と、１つまたは複数の光子がある長さの光ファイバを通過した後に測定される１つまたは複数の光子の最終偏光との間の差を決定する。いくつかの実施形態では、偏光は、偏光計（例えば、図１Ｂに関連して説明した偏光計１１４）によって測定され得る。いくつかの実施形態では、初期偏光および最終偏光は、それぞれ、１組の３つのベクトルまたは１組の３つのベクトル要素（例えば、ポアンカレ球に関連付けらように、ストークスベクトルに関連付けられるように）によって記述され得、偏光補正ファシリティは、各組の３つのベクトルの対応するベクトル間、または各組の３つのベクトル要素の対応するベクトル要素間の差を決定する。いくつかの実施形態では、偏光補正ファシリティは、量子データ光子間に織り交ぜられた１つまたは複数のプローブ光子の差を決定することができ、プローブ光子は、既知の初期偏光（例えば、Ｈ、Ｖ、Ｄ、Ａ、および／またはＲ／Ｌ偏光状態）を有する。いくつかの実施形態では、プローブ光子は、既知の初期偏光状態で符号化され得る（例えば、図１Ｂに関連して説明した変調器１０５を使用して）。

１つまたは複数の光子の初期偏光と最終偏光との間の差を決定した後、偏光補正ファシリティは、動作６０４に移行する。動作６０４において、偏光補正ファシリティは、機械学習モデルおよび／またはルックアップテーブルを使用して、１つまたは複数の光子の初期偏光と測定された偏光との間の差に基づいて偏光変調器に対するフィードバックパラメータを決定する。機械学習モデルは、例えば、Ｑ学習アルゴリズム、アクタークリティック（Ａｃｔｏｒ－Ｃｒｉｔｉｃ）アルゴリズム、または任意の他の好適な強化学習モデルであり得る。機械学習モデルは、偏光変調器の１つまたは複数の設定を変更することによって、測定された偏光を初期偏光またはほぼ初期偏光に戻すように構成された適切な１つまたは複数のフィードバックパラメータを予測するようにトレーニングされる。機械学習モデルは、例えば、機械学習モデルの予測の精度に基づいて機械学習モデルにフィードバックを提供するように構成されたポリシーによってトレーニングされる。

フィードバックパラメータを決定した後、プロセス６００は動作６０６に移行する。動作６０６において、偏光補正システムは、偏光補正ファシリティからのフィードバックパラメータを使用して、光ファイバに結合された偏光変調器のパラメータ（例えば、設定）を変更して、偏光変調器における後続の光子の偏光を変化させる。例えば、偏光補正ファシリティは、電気機械的に制御されるモータを使用して、本明細書の図２Ａの例に関連して説明されるように、光ファイバの一部が巻回される１つまたは複数のスプールの回転を変化させる。１つまたは複数のスプールを回転させることにより、光ファイバの一部に応力及び／又は歪みを加えて、光ファイバの巻回部分の複屈折が変化し、光ファイバの巻回部分を通過する光の偏光が変化する。

別の例として、偏光補正ファシリティは、本明細書の図２Ｂの例に関連して説明したように、電気機械的に制御されるモータを使用して、光ファイバの一部が巻回されるスプールの直径を変化させる。スプールの直径を変化させることにより、光ファイバの一部上の機械的応力および／または歪みが変化して、光ファイバの一部の複屈折が変化して、光ファイバの巻回された部分を通過する光の偏光が変化する。

さらなる例として、偏光補正ファシリティは、本明細書の図２Ｃの例に関連して説明されるように、圧電クランプを使用して、圧電クランプを通過する光ファイバの一部に印加される圧力を変化させる。偏光補正ファシリティは、圧電クランプに印加される電界を変化させることによって、光ファイバの一部に印加される圧力を変化させる（例えば、圧縮量を変化させる）。圧電クランプを通過する光ファイバの一部に印加される圧力を変化させることにより、光ファイバの一部の複屈折が変化して、圧電クランプ間で押圧された光ファイバの一部を通過する光の偏光が変化する。

代替的または追加的に、偏光補正ファシリティは、本明細書において図２Ｄの例に関連して説明されるように、光学材料に印加される電界を変化させる。光学材料は、例えば、ベータホウ酸バリウム（ＢＢＯ）、ニオブ酸リチウム、リン酸二水素アンモニウム（ＡＤＰ）、および／または任意の他の好適な非線形光学材料または線形光学材料であってもよく、光学材料に印加される電界を変化させることにより、光学材料の複屈折が変化して、光ファイバに沿って偏光変調器を通って移動する光子の偏光が変化する。いくつかの実施形態において、光学材料は、印加された電界に応答して複屈折を変化させるように構成された電気弾性光学（ＥＥＯ）材料（例えば、モルフォトロピック相境界を有する二軸性結晶ペロブスカイト三元固溶体）であり得る。

いくつかの実施形態では、偏光補正ファシリティは、プロセス６００を反復的に繰り返す（例えば、動作６０２、６０４、および６０６を繰り返す）。例えば、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光子は、第１の偏光状態を有する第１の光子と、第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する第２の光子とを含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光子は、４つ以上の光子であり得、４つ以上の光子の各々は、異なる偏光状態を有する。例えば、４つ以上の光子はそれぞれ、Ｈ、Ｖ、Ｄ、Ａ、および／またはＲ／Ｌ偏光状態のうちの１つで符号化され得る。

いくつかの実施形態では、偏光補正ファシリティは、異なる偏光状態を有する１つまたは複数の光子の各々に対してプロセス６００を反復的に繰り返す。このようにして、偏光補正ファシリティは、異なる偏光状態を有する伝送光に対して適切なフィードバックパラメータを決定して、任意の偏光状態を有する量子データ光子に対する正確な偏光補償が可能となる。

図７は、本明細書で説明される技術のいくつかの実施形態による、光子伝送が約１ｋｍにわたって発生する偏光補償の１つのインスタンスに対する偏光補償データを示す。図７は、曲線７０２、７０４、および７０６において、３つの正規化されたストークスベクトル成分ｓ_１、ｓ_２、およびｓ_３を示す。左側において、受信された光子は、光ファイバを通過した後、最初はランダムなＳＯＰである。右側において、図７は、適用された偏光補償に応答して所望の｜Ｈ＞状態（ｓ_１＝１、ｓ_２＝ｓ_３＝０）に収束するストークベクトル成分を示す。この実験設定の偏光補償プロセスは、トリガイベント（「開始」）後、約１２秒を要した。

図８に示すように、いくつかの実施形態では、２つ以上の光ファイバチャネルを互いに対して同時に較正することが望ましい場合がある。この場合、２つのノード１５０ａ，１５０ｂは、光ファイバ２０１によって偏光補正システム１１０に接続される。ノード１５０ａ，１５０ｂは、互いに数マイル（１マイル＝約１．６キロメートル）離れて位置し得る。各ノードは、プローブ光子源１０２、偏光変調器１１２、偏光コントローラ１２３、および時間同期モジュール１４０を含み得る。プローブ光子源１０２、偏光変調器１１２、及び偏光コントローラ１２３は、本明細書において図１Ｂに関連して説明されるようなコンポーネントを備え得る。

いくつかの実施形態では、各ノード１５０ａ，１５０ｂの時間同期モジュール１４０は、無線チャネル２２０を介して（例えば、同期性を維持するためにＧＰＳ規律クロックを使用して）、または光ファイバを介して（例えば、ホワイトラビットプロトコルを使用して）接続され得る。各時間同期モジュール１４０からの同期信号は、光を偏光変調器１１２に伝送するために各ノード１５０ａ，１５０ｂのプローブ光子源１０２をトリガし得る。時間同期モジュール１４０から受信した信号によって同期される偏光コントローラ１２３は、既知の偏光の光子を生成するためにプローブ光子源１０２から受信した光子の偏光を制御し得る。

いくつかの実施形態では、既知の偏光の光子は、次いで、光ファイバ２０１に沿って偏光補正システム１１０に伝送され得る。偏光補正システム１１０内では、光子は、偏光補正変調器１１３を通過し、別個の光ファイバ２０２を使用して干渉測定ステーション１１５に伝送され得る。干渉測定ステーション１１５は、干渉パターン（例えば、古典干渉パターンまたは２次干渉パターン）を測定し得る。この干渉パターンは、偏光補正モジュール１２５に送信され得、機械学習モデル（例えば、図１Ｂに関連して本明細書で説明されるような）は、着信信号を分析し、偏光補正システム１１０の偏光補正変調器１１３および時間同期モジュール１４０に送信される補正フィードバック信号３０１を生成する。

いくつかの実施形態では、プロセス全体は、遠隔ユーザ１２４によって制御され得る。命令は、ネットワーク１３０を介して偏光補正システム１１０に送信され得る。偏光補正システム１１０は、時間同期モジュール１４０とノード１５０ａ，１５０ｂとの間の接続を利用して、偏光補正システム１１０からノードに命令を通信し得る。いくつかの実施形態では、このフィードバックおよび補正プロセスは、干渉測定ステーション１１５において測定された信号が、偏光変調器１１２から送られた定義された偏光と同じかまたはほぼ同じになるまで繰り返され得る。

本発明者らは、量子通信を実世界での使用に適したものにするために、通信ネットワークは可能な限り多くの時間にわたって動作する必要があることを認識した。即ち、偏光補償などの較正動作のためのネットワークダウンタイムを最小化または低減することが好ましい。本発明者らは、偏光補償プロセスの速度を増加させることによって、および偏光補償プロセスを実行する頻度を減少させることによって、ネットワークダウンタイムを低減することができることを認識した。従って、本発明者らは、光のＳＯＰに対する偏光変調器の影響を良好にモデル化することができる場合、物理ベースのモデルを使用してストークスベクトル成分を偏光変調器の挙動にマッピングすることができることを認識した。加えて、本発明者らは、機械学習技法（例えば、時系列予測モデル）が、システムが偏光補償を必要とし得る時期を予測するために使用され得、これは、偏光補償の実行が固定スケジュールに従って周期的に行われるシステムに対してネットワークダウンタイムを低減し得ることを認識した。

従って、本発明者らは、ネットワーク内の特定の偏光変調器デバイスの物理的挙動に基づいて変換行列を較正する方法を開発した。入力正規化ストークスベクトルＳ＝［ｓ_１，ｓ_２，ｓ_３］が与えられると、偏光変調器デバイスの変換行列を生成することができる。変換行列は、ミュラー行列の関数と同様に、正規化されたストークスベクトルを別のベクトルＳ’に変換する３×３行列であり得る。変換行列は、このような物理ベースのモデルに基づいて任意の偏光状態の変換を可能にするために、偏光変調器の制御機構（例えば、電気モータ、電界の印加など）に関連付けられ得る。そのようなモデルを使用して、任意のＳＯＰを１秒未満で目標の偏光の１０％以内に収束させることが可能である。偏光のドリフトが遅い場合、このモデルは、ネットワークをオフラインにして偏光補償を実行する必要なしに、偏光を「ブラインド的に（ｂｌｉｎｄｌｙ）」補償し、かつ目標ＳＯＰの１０％以内に安定化するために使用され得る。

本発明者らはまた、機械学習技法を使用して偏光予測を実行する方法を開発した。時系列予測は、経時的に記録されたデータに適用されて、過去からの観測値（「履歴データ」）に基づいて将来の値の予測を行うことができる機械学習の形態である。予測モデルは、それ自体を繰り返すパターン（自動相関）、規則的な間隔で繰り返すパターン（季節性）、ならびに平均および分散の経時的な変化（定常性）を考慮に入れる。従って、時系列予測モデルは、偏光ドリフトにおける規則的および不規則的な変動、ならびに短期および長期の変動の両方に関してトレーニングすることができる。

図９は、本明細書で説明される技術のいくつかの実施形態による、時系列予測において使用するための時間ウィンドウを説明する概略図である。時系列予測では、ある時点（「予測点」）を基準として予測が行われる。予測点と予測を行う将来の時点との間の距離が予測距離である。予測モデルは、過去の期間（「特徴導出ウィンドウ」）から導出された特徴を使用して、将来の予測を行う。

いくつかの実施形態では、偏光が測定された予測点から将来の時点までの偏光ドリフトの予測を行うために、予測機械学習モデルが使用され得る。予測機械学習モデルは、（例えば、本明細書において図１Ｂに関連して説明されるように）偏光補正ファシリティ１２２の一部として実装され得る。予測モデルは、例えば、自己回帰和分移動平均（ＡＲＩＭＡ：ａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍｏｖｉｎｇ ａｖｅｒａｇｅ）モデル、サポートベクターマシン（ＳＶＭ：ｓｕｐｐｏｒｔ ｖｅｃｔｏｒ ｍａｃｈｉｎｅ）モデル、および／または人工ニューラルネットワーク（ＡＮＮ：ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ）モデルのうちの１つであり得る。いくつかの実施形態では、予測モデルは、プログラム可能な間隔（例えば、１秒ごと、数秒ごと）または適応可能な間隔（例えば、交通騒音の増加に起因するラッシュアワーの間はより頻繁に、夜間はより少ない頻度）に従って実施され得る。

図１０Ａは、本明細書で説明される技術のいくつかの実施形態による、変換行列および時系列予測機械学習モデルを使用するブラインド補正のための手順を示す。各時間間隔τに関して、時間間隔の小部分（δτ）が、光ファイバにおける偏光ドリフトの自動補正のために使用される。各δτにおいて、送信器は、Ｈ（又はＶ）及びＡ（又はＤ）偏光光を受信器に送信する。図１０Ａの下側の曲線は、間隔δτの間の時間測定をポイントとして示し、ブラインド補正に関する許容可能なマージンをポイントの周りの陰影領域として示す。補正は、間隔δτの間に実行されないが、（例えば、陰影領域内で）予測される偏光ドリフトが遅い場合、ブラインド補正がリアルタイムで実行され得る。

図１０Ｂは、本明細書に記載の技術のいくつかの実施形態による、偏光補償が実行され得る偏光ドリフトの例示的な閾値を示す。破線は、偏光の閾値を表す。測定された偏光が閾値を超える場合、受信器は、情報（例えば、量子データ光子）の送信を停止し、所定のＳＯＰを有するプローブ光子を送信することによって偏光補償を開始するための信号を送信器に送信する。

図１１は、本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態による、時系列予測を行うためのプロセスを説明する略図である。プロセス１１００は、図１Ｂの偏光補正ファシリティ１２２などの偏光補正ファシリティによって実施される。従って、いくつかの実施形態では、プロセス１１００は、偏光補正システムに命令を送信し、かつ／または偏光補正システムから情報を受信するように構成されたコンピューティングデバイス（例えば、図１Ｂに関連して説明した偏光補正ファシリティ１２２を実行する偏光補正コンソール１２０）によって実行することができる。別の例として、いくつかの実施形態では、プロセス１１００は、偏光補正システムから遠隔に位置する（例えば、ネットワークを介して接続されるクラウドコンピューティング環境の一部としての）１つまたは複数のプロセッサによって実行され得る。

いくつかの実施形態では、プロセスは、予測距離内の偏光ドリフトを予測するために時系列予測機械学習モデル１１０２および（例えば、予測時点より前の特徴導出ウィンドウ内からの）保存された履歴ＳＯＰ測定値１１０１を使用することによって開始する。時系列予測機械学習モデル１１０２は、例えば、自己回帰和分移動平均（ＡＲＩＭＡ）モデル、サポートベクターマシン（ＳＶＭ）モデル、および／または人工ニューラルネットワーク（ＡＮＮ）モデルのうちの１つを含み得る。時系列予測機械学習モデル１１０２は、予測距離内（例えば、予測点の後の次の秒または数秒内）の偏光ドリフトの量を予測するように構成され得る。

いくつかの実施形態では、偏光ドリフトの予測量を決定した後、プロセスは判定ポイント１１０４に移行する。判定ポイント１１０４において、予測された偏光ドリフトが閾値未満であるかどうかが判定され得る。例えば、予測された偏光ドリフトが、５％、１０％、または１５％のドリフトの閾値未満であるかどうかが判定される。予測偏光ドリフトが閾値より大きいと判定された場合、プロセスは動作１１０６に移行し、ここでは、（例えば、本明細書の図１Ａ～図８に関連して説明した機械学習モデル及び／又はルックアップテーブルを使用して）偏光補償を実行するためにネットワークダウンタイムが必要とされる。

いくつかの実施形態では、判定ポイント１１０４において、予測された偏光ドリフトが閾値未満であると判定された場合、プロセスは動作１１０８に移行する。動作１１０８において、プロセスは、ネットワーク使用中にアクティブ補正を実行する。例えば、システムは、本明細書で説明されるように、偏光変調器の物理的特性に基づく変換モデルを使用してブラインド偏光補正を実行する。

いくつかの実施形態では、動作１１０８の後、プロセスは、判定ポイント１１１０に移行して、最後の予測点測定から最大予測距離（τ）に到達したかどうかを判定する。判定ポイント１１１０において、最大予測距離τに到達していない場合、プロセスは時系列予測機械学習モデル１１０２に戻る。次いで、時系列機械学習モデル１１０２を再適用して、最大予測距離τ内の偏光ドリフトを再予測する。

いくつかの実施形態では、判定ポイント１１１０において最大予測距離に到達した場合（例えば、最後の予測点測定からτ期間が経過した場合）、プロセスは動作１１１２に移行し、ここでは、δτ持続時間の別のＳＯＰ測定が実行される。例えば、ＳＯＰ測定は、本明細書において図１Ｂに関連して説明されるような偏光計１１４を使用して実行される。

いくつかの実施形態では、動作１１１２の後、プロセスは判定ポイント１１１４に移行する。判定ポイント１１１４において、システムは、動作１１１２からの測定された偏光ドリフトが閾値未満であるかどうかを判定する。例えば、閾値は、５％、１０％、または１５％のドリフトであり得る。偏光ドリフトが所望の閾値未満でない場合、プロセス１１００は、動作１１０６に戻り、ここでは、偏光補償を実行するためにネットワークダウンタイムが必要とされる。判定ポイント１１１４において偏光ドリフトが所望の閾値未満である場合、プロセスは、新たな特徴導出ウィンドウ内で履歴ＳＯＰ測定値１１０１を更新するように移行する。プロセスは、次いで、ネットワーク動作中に、説明されたプロセスフローを繰り返すように移行する。

本明細書で説明される原理に従って動作する技法は、任意の適切な方法で実施され得る。上記の説明には、偏光補正を実行するための様々なプロセスのステップおよび動作を示す一連のフローチャートが含まれている。上記のフローチャートの処理および判定ブロックは、これらの様々なプロセスを実行するアルゴリズムに含まれ得るステップおよび動作を表す。これらのプロセスから導出されるアルゴリズムは、１つまたは複数の単一目的または多目的プロセッサと統合され、その動作を指示するソフトウェアとして実施されてもよく、デジタル信号処理（ＤＳＰ）回路または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の機能的に等価な回路として実施され得るか、または任意の他の好適な方法で実施され得る。本明細書に含まれるフローチャートは、任意の特定の回路の、または任意の特定のプログラミング言語もしくはプログラミング言語のタイプのシンタックスまたは動作を描写したものではないことを理解されたい。むしろ、フローチャートは、当業者が回路を製造するために、またはコンピュータソフトウェアアルゴリズムを実施して、本明細書で説明するタイプの技法を実行する特定の装置の処理を実行するために使用することができる機能的情報を示す。また、本明細書において別段の指示がない限り、各フローチャートにおいて説明されるステップおよび／または動作の特定のシーケンスは、実施され得るアルゴリズムの単なる例示であり、本明細書において説明される原理の実施および実施形態において変更され得ることを理解されたい。

従って、いくつかの実施形態では、本明細書で説明される技法は、アプリケーションソフトウェア、システムソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、埋め込みコード、または任意の他の好適なタイプのコンピュータコードを含む、ソフトウェアとして実施されるコンピュータ実行可能命令において具現化され得る。そのようなコンピュータ実行可能命令は、いくつかの適切なプログラミング言語および／またはプログラミングツールもしくはスクリプティングツールのいずれかを使用して書かれてもよく、かつフレームワークまたは仮想マシン上で実行される実行可能機械語コードまたは中間コードとしてコンパイルされ得る。

本明細書で説明される技法がコンピュータ実行可能命令として具現化される場合、これらのコンピュータ実行可能命令は、これらの技法に従って動作するアルゴリズムの実行を完了するための１つまたは複数の動作を各々が提供する多数の機能的ファシリティ（ａ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ）を含む、任意の好適な方法で実施され得る。「機能的ファシリティ」は、どのようにインスタンス化されたとしても、１つまたは複数のコンピュータと統合され、それによって実行されるときに、１つまたは複数のコンピュータに特定の動作上の役割を実行させるコンピュータシステムの構造的構成要素である。機能的ファシリティは、ソフトウェア要素の一部または全体であり得る。例えば、機能的ファシリティは、プロセスの機能として、または別個のプロセスとして、または任意の他の適切な処理単位として実装され得る。本明細書で説明される技法が複数の機能的ファシリティとして実施される場合、各機能的ファシリティは、独自の方法で実施されてもよく、全てが同じ方法で実施される必要はない。さらに、これらの機能的ファシリティは、必要に応じて並列および／または直列に実行することができ、メッセージパッシングプロトコルを使用して、または任意の他の適切な方法で、それらが実行されている１つまたは複数のコンピュータ上の共有メモリを使用して、互いの間で情報を渡すことができる。

一般に、機能的ファシリティは、特定のタスクを実行するか、または特定の抽象データ型を実施するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。典型的には、機能的ファシリティの機能性は、それらが動作するシステムにおいて所望されるように組み合わせられてもよく、または分散され得る。いくつかの実施形態では、本明細書の技法を実行する１つまたは複数の機能的ファシリティは、完全なソフトウェアパッケージを共に形成することができる。これらの機能的ファシリティは、代替実施形態では、ソフトウェアプログラムアプリケーションを実施するために、他の無関係な機能的ファシリティおよび／またはプロセスと対話するように適合され得る。他の実施形態では、機能的ファシリティは、英国ロンドン市に拠点を置くカノニカル社（Ｃａｎｏｎｉｃａｌ Ｌｔｄ．）が開発したＬｉｎｕｘディストリビューションであるウブントゥ（Ｕｂｕｎｔｕ）オペレーティングシステム、またはワシントン州レドモンドのマイクロソフト社（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能なウィンドウズ（Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標））オペレーティングシステムを含むオペレーティングシステムを形成するように他の機能的ファシリティと対話するように適合され得る。言い換えれば、いくつかの実施形態では、機能的ファシリティは、代替的に、オペレーティングシステムの一部として、またはオペレーティングシステムの外部に実装され得る。

本明細書では、１つまたは複数のタスクを実行するためのいくつかの例示的な機能的ファシリティについて説明してきた。しかしながら、説明される機能的ファシリティおよびタスクの区分は、本明細書で説明される例示的な技法を実施することができるタイプの機能的ファシリティの単なる例示であり、実施形態は、任意の特定の数、区分、またはタイプの機能的ファシリティで実施されることに限定されないことを理解されたい。いくつかの実施形態では、全ての機能は、単一の機能的ファシリティにおいて実施され得る。いくつかの実施形態では、本明細書で説明する機能的ファシリティのうちのいくつかは、他のものと一緒にまたは別個に（即ち、単一のユニットまたは別個のユニットとして）実装され得るか、あるいはこれらの機能的ファシリティのうちのいくつかは実装されなくてもよいことも理解されたい。

本明細書で説明される技法を実施するコンピュータ実行可能命令（１つまたは複数の機能的ファシリティとして、または任意の他の方法で実施される場合）は、いくつかの実施形態では、媒体に機能性を提供するために、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体上でコード化され得る。コンピュータ可読媒体は、ハードディスクドライブなどの磁気媒体、コンパクトディスク（ＣＤ）もしくはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などの光媒体、永続的もしくは非永続的ソリッドステートメモリ（例えば、フラッシュメモリ、磁気ＲＡＭなど）、または任意の他の適切な記憶媒体を含む。そのようなコンピュータ可読媒体は、以下で説明される図１２のコンピュータ可読記憶媒体１２０６として（即ち、コンピューティングデバイス１２００の一部として）、またはスタンドアロンの別個の記憶媒体としてなど、任意の適切な方法で実施され得る。本明細書で使用される場合、「コンピュータ可読媒体」（「コンピュータ可読記憶媒体」とも呼ばれる）は、有形記憶媒体を指す。有形記憶媒体は、非一時的であり、かつ少なくとも１つの物理的、構造的構成要素を有する。本明細書で使用される「コンピュータ可読媒体」において、少なくとも１つの物理的、構造的構成要素は、埋め込まれた情報を有する媒体を作成するプロセス、媒体上に情報を記録するプロセス、または情報を有する媒体を符号化する任意の他のプロセス中に何らかの方法で変更され得る少なくとも１つの物理的特性を有する。例えば、コンピュータ可読媒体の物理的構造の一部の磁化状態は、記録プロセス中に変更され得る。

本技法がコンピュータ実行可能命令として具現化され得る、全てではないが、いくつかの実施形態では、これらの命令は、図１２の例示的なコンピュータシステムを含む、任意の好適なコンピュータシステム内で動作する１つまたは複数の好適なコンピューティングデバイス上で実行され得るか、または１つまたは複数のコンピューティングデバイス（または１つまたは複数のコンピューティングデバイスの１つまたは複数のプロセッサ）は、コンピュータ実行可能命令を実行するようにプログラムされ得る。コンピューティングデバイスまたはプロセッサは、命令がデータストア（例えば、オンチップキャッシュまたは命令レジスタ、バスを介してアクセス可能なコンピュータ可読記憶媒体、１つまたは複数のネットワークを介してアクセス可能であり、かつデバイス／プロセッサによってアクセス可能なコンピュータ可読記憶媒体など）など、コンピューティングデバイスまたはプロセッサがアクセス可能な方法で保存されたときに、命令を実行するようにプログラムされ得る。これらのコンピュータ実行可能命令を含む機能的ファシリティは、単一の多目的プログラマブルデジタルコンピューティングデバイス、処理能力を共有し、かつ本明細書で説明される技法を共同で実行する２つ以上の多目的コンピューティングデバイスの協調システム、本明細書で説明される技法の実行専用の単一のコンピューティングデバイスまたはコンピューティングデバイスの協調システム（共同設置または地理的に分散）、本明細書で説明される技法を実行するための１つまたは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、および／または１つまたは複数のグラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）もしくは任意の他の適切なシステムと統合され、その動作を指示し得る。

図１２は、本明細書で説明される技法を実施するシステムにおいて使用され得るコンピューティングデバイス１２００の形態のコンピューティングデバイスの１つの例示的な実施形態を示すが、他のものも可能である。図１２は、コンピューティングデバイスが本明細書に記載の原理に従って光学システムのコンソールとして動作するために必要な構成要素の描写であることも、包括的な描写であることも意図されていないことを理解されたい。

コンピューティングデバイス１２００は、少なくとも１つのプロセッサ１２０２、ネットワークアダプタ１２０４、およびコンピュータ可読記憶媒体１２０６を備え得る。コンピューティングデバイス１２００は、例えば、デスクトップもしくはラップトップパーソナルコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、スマートモバイルフォン、サーバ、ワイヤレスアクセスポイントもしくは他のネットワーキング要素、または任意の他の好適なコンピューティングデバイスであり得る。ネットワークアダプタ１２０４は、コンピューティングデバイス１２００が任意の適切なコンピューティングネットワークを介して任意の他の適切なコンピューティングデバイスと有線および／または無線で通信することを可能にする任意の適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアであり得る。コンピューティングネットワークは、無線アクセスポイント、スイッチ、ルータ、ゲートウェイ、および／または他のネットワーキング機器、ならびにインターネットを含む、２つ以上のコンピュータ間でデータを交換するための任意の好適な有線および／または無線通信媒体を含み得る。コンピュータ可読記憶媒体１２０６は、処理されるべきデータおよび／またはプロセッサ１２０２によって実行されるべき命令を保存するように適合され得る。プロセッサ１２０２は、データの処理および命令の実行を可能にする。データおよび命令は、コンピュータ可読記憶媒体１２０６上に保存され得る。

コンピュータ可読記憶媒体１２０６に保存されたデータおよび命令は、本明細書で説明する原理に従って動作する技法を実施するコンピュータ実行可能命令を含み得る。図１２の例では、コンピュータ可読記憶媒体１２０６は、上述したような様々な機能を実施し、様々な情報を保存するコンピュータ実行可能命令を保存する。コンピュータ可読記憶媒体１２０６は、光キャビティ調整ファシリティ１２０８および／または１つまたは複数の光キャビティから取得された測定信号を保存し得る。

図１２には示されていないが、コンピューティングデバイスは、入力デバイスおよび出力デバイスを含む１つまたは複数のコンポーネントおよび周辺機器をさらに有し得る。これらのデバイスは、とりわけ、ユーザインタフェースを提示するために使用することができる。ユーザインタフェースを提供するために使用され得る出力デバイスの例は、出力の視覚的提示のためのプリンタまたはディスプレイスクリーン、および出力の可聴提示のためのスピーカまたは他の音声生成デバイスを含む。ユーザインタフェースに使用することができる入力デバイスの例には、キーボード、ならびにマウス、タッチパッド、およびデジタイジングタブレットなどのポインティングデバイスが含まれる。別の例として、コンピューティングデバイスは、音声認識を通じて、または他の可聴フォーマットで入力情報を受信することができる。

技法が回路および／またはコンピュータ実行可能命令において実施される実施形態を説明してきた。いくつかの実施形態は、少なくとも１つの例が提供される方法の形態であり得ることを理解されたい。方法の一部として実行される動作は、任意の適切な方法で順序付けられ得る。従って、例示的な実施形態では連続した動作として示されているが、いくつかの動作を同時に実行することを含み得る、図示されたものとは異なる順序で動作が実行される実施形態が構築され得る。

上述の実施形態の様々な態様は、単独で、組み合わせて、または前述の実施形態で具体的に説明されていない様々な構成で使用することができ、従って、その適用において、前述の説明に記載された、または図面に示された構成要素の詳細および構成に限定されない。例えば、一実施形態に記載された態様は、他の実施形態に記載された態様と任意の方法で組み合わせることができる。

特許請求の範囲における構成要素を修飾するための「第１」、「第２」、「第３」などの序数用語の使用は、それ自体では、ある請求項の構成要素の別の請求項の格子要素に対する任意の優先度、優先順位、もしくは順序、または方法の動作が実行される時間的順序を暗示するものではなく、単に、ある名称を有するある請求項の構成要素を、同じ名称を有する別の構成要素から区別するためのラベル（序数用語の使用に関する）として使用される。

また、本明細書で使用される表現および用語は、説明のためのものであり、限定するものと見なされるべきではない。本明細書における「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「伴う（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」およびそれらの変形の使用は、その後に列挙される項目およびそれらの均等物ならびに追加の項目を包含することを意味する。

「例示的」という語は、本明細書では、例、事例、または例示としての役割があることを意味するために使用される。従って、例示的なものとして本明細書で説明される任意の実施形態、実装形態、プロセス、特徴などは、説明のための例であると理解されるべきであり、別段の指示がない限り、好ましいまたは有利な例であると理解されるべきではない。

少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様をこのように説明してきたが、様々な変更、修正、および改良が当業者に容易に想起されることを理解されたい。そのような変更、修正、および改良は、本開示の一部であることが意図され、本明細書で説明される原理の趣旨および範囲内にあることが意図される。従って、前述の説明および図面は、例示に過ぎない。
以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
システムであって、
光ファイバによって光子源に光学的に結合された偏光変調器と、
前記偏光変調器に結合された少なくとも１つのコントローラであって、
機械学習モデルおよび／またはルックアップテーブルを使用して、前記光子源によって生成される、前記光ファイバに沿ったある位置におけるプローブ光子の偏光の１つまたは複数の測定値に基づいてフィードバックパラメータを決定し、
前記フィードバックパラメータを使用して、前記偏光変調器の設定を変更して、前記プローブ光子に続いて前記光ファイバ内を伝搬する量子データ光子の偏光を変化させるように構成された前記少なくとも１つのコントローラと、を備えるシステム。
［付記２］
前記偏光変調器が、前記光ファイバの長さに沿って順次挿入された複数の変調コンポーネントを備え、前記複数の変調コンポーネントのうちの少なくとも１つが電気機械的に制御される、付記１に記載のシステム。
［付記３］
前記複数の変調コンポーネントは、前記光ファイバの１つまたは複数のループが巻回される直径を有するスプールを含み、前記スプールは、四分の一波長板または二分の一波長板として機能するように構成される、付記２または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記４］
前記フィードバックパラメータを使用して前記偏光変調器の設定を変更することは、電気信号を使用して前記スプールの回転を変化させることを含み、前記スプールの回転により、前記光ファイバ内の機械的応力および前記光ファイバの複屈折の変化が生じる、付記３または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記５］
前記光ファイバの複屈折を変化させることにより、前記光ファイバ内の前記量子データ光子の偏光の変化が誘起される、付記４または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記６］
前記複数の変調コンポーネントは、前記光ファイバがソレイユ・バビネ構成で巻回されるスプールを含む、付記２または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記７］
前記フィードバックパラメータを使用して前記偏光変調器の設定を変更することは、電気信号を使用して前記スプールの直径を変化させることを含み、前記スプールの直径の変化により、前記光ファイバ内の機械的応力および前記光ファイバの複屈折の変化が生じる、付記６または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記８］前記光ファイバの複屈折を変化させることにより、前記光ファイバ内の前記量子データ光子の偏光の変化が誘起される、付記７または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記９］
前記偏光変調器が光学材料を含み、前記フィードバックパラメータを使用することが、前記光学材料に電界を印加して前記光学材料の複屈折を変調して前記光ファイバ内の前記量子データ光子の偏光の変化を誘起することを含む、付記１または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記１０］
前記光学材料は、電気弾性光学（ＥＥＯ）材料を含む、付記９または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記１１］
前記光子源は、前記プローブ光子が前記量子データ光子と同じ方向に前記光ファイバに沿って伝搬するように前記プローブ光子を生成するように構成される、付記１または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記１２］
前記光子源は、前記プローブ光子が前記量子データ光子と反対方向に前記光ファイバに沿って伝搬するように前記プローブ光子を生成するように構成される、付記１または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記１３］
前記偏光変調器に結合され、かつ前記偏光変調器における前記プローブ光子の偏光の前記１つまたは複数の測定値を生成するように構成された少なくとも１つの偏光計をさらに備える、付記２または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記１４］
前記少なくとも１つの偏光計は、前記複数の変調コンポーネントの各々に結合され、前記プローブ光子の偏光の前記１つまたは複数の測定値は、前記複数の変調コンポーネントの各々の出力における前記プローブ光子の偏光の測定値を含む、付記１３または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記１５］
前記少なくとも１つのコントローラは、
前記光子源によって生成された前記プローブ光子の初期偏光と、前記偏光変調器の出力において測定された前記プローブ光子の最終偏光との間の差を決定するようにさらに構成され、
前記プローブ光子の偏光の１つまたは複数の測定値に基づいて前記フィードバックパラメータを決定することは、前記初期偏光と前記最終偏光との間の差に基づいて前記フィードバックパラメータを決定することを含む、付記１または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記１６］
前記初期偏光および前記最終偏光はそれぞれ、１組の３つのベクトルによって特徴付けられ、
前記初期偏光と前記最終偏光との間の差は、各組の３つのベクトルのベクトル間の差を含む、付記１５または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記１７］
前記１組の３つのベクトルは、１つまたは複数の回転波長板および検出器を含む偏光計によって測定される、付記１６または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記１８］
前記１組の３つのベクトルは、固定アセンブリによって測定され、前記固定アセンブリは、
少なくとも６個のビームスプリッタと、
前記少なくとも６個のビームスプリッタのビームスプリッタの出力に光学的に結合された３個の偏光ビームスプリッタと、
複数対の光検出器と、を含み、各対の光検出器の光検出器は、前記３個の偏光ビームスプリッタのうちの１つの偏光ビームスプリッタの出力に光学的に結合され、かつ出力が入射される、付記１６または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記１９］
前記量子データ光子は、エンタングルされていない単一光子のシーケンスおよび／またはエンタングルされた単一光子のシーケンスのうちの少なくとも１つを含む、付記１または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記２０］
前記偏光変調器は、第１の偏光変調器と第２の偏光変調器とを含み、
前記光子源は、前記第１の偏光変調器に光学的に結合された第１の光子源と、前記第２の偏光変調器に光学的に結合された第２の光子源とを含み、
前記少なくとも１つのコントローラは、第１のローカルコントローラと、第２のローカルコントローラと、グローバルコントローラとを含み、
前記第１のローカルコントローラは、前記第１の偏光変調器に通信可能に結合され、前記第２のローカルコントローラは、前記第２の偏光変調器に通信可能に結合され、
前記グローバルコントローラは、前記第１および第２の偏光変調器に通信可能に結合される、付記１または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記２１］
前記グローバルコントローラは、前記機械学習モデルを使用して前記フィードバックパラメータを決定するように構成され、
前記第１および第２のローカルコントローラは、前記フィードバックパラメータを使用して前記第１の偏光変調器および／または第２の偏光変調器の設定を変更するように構成される、付記２０または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記２２］
前記少なくとも１つのコントローラは、時系列予測モデルを使用して、前記フィードバックパラメータを決定するステップおよび前記偏光変調器の設定を変更するステップを開始する時期を決定することによって前記システムのダウンタイムを低減するように構成される、付記１または任意の他の先行する付記に記載のシステム。
［付記２３］
前記フィードバックパラメータを決定するステップおよび前記偏光変調器の設定を変更するステップを開始する時期を決定することは、以前に測定された偏光情報に基づいて前記ステップを開始する時期を決定することを含む、付記１または任意の他の先行する付記のいずれかに記載のシステム。
［付記２４］
１つまたは複数の光子の偏光を補正する方法であって、
前記１つまたは複数の光子を生成するように構成された光子源における前記１つまたは複数の光子の初期偏光と、ある長さの光ファイバを通って伝搬した後の前記１つまたは複数の光子の最終偏光との間の差を決定するステップと、
機械学習モデルおよび／またはルックアップテーブルを使用して、前記初期偏光と前記最終偏光との間の差に基づいてフィードバックパラメータを決定するステップと、
前記フィードバックパラメータを使用して、前記光ファイバに結合された偏光変調器のパラメータを変更して、前記偏光変調器における後続の光子の偏光を変化させるステップと、を含む方法。
［付記２５］
前記１つまたは複数の光子が前記光ファイバに沿って信号光子と同じ方向に伝搬するように、前記光子源を使用して前記１つまたは複数の光子を生成するステップをさらに含む、付記２４に記載の方法。
［付記２６］
前記１つまたは複数の光子が前記光ファイバに沿って信号光子とは反対方向に伝搬するように、前記光子源を使用して前記１つまたは複数の光子を生成するステップをさらに含む、付記２４または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記２７］
前記光子源は、前記１つまたは複数の光子が、ある期間、前記光ファイバ内の唯一の光信号であるように、要求に応じて前記１つまたは複数の光子を生成するように構成される、付記２４または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記２８］
光ファイバスイッチ、波長分割マルチプレクサ、および／または光サーキュレータを使用して、前記光ファイバ内の光信号を調整するステップをさらに含む、付記２７または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記２９］
前記初期偏光および前記最終偏光はそれぞれ、１組の３つのベクトルによって特徴付けられ、
前記初期偏光と前記最終偏光との間の差は、各組の３つのベクトルの１つまたは複数のベクトル値における差を含む、付記２４または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記３０］
前記差は、量子ビット誤り率を含む、付記２４または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記３１］
前記機械学習モデルは、ポリシー、報酬テーブル、またはバックプロパゲーションのうちの１つと、相関のある入力偏光値、偏光変調器の設定値、および出力偏光値を含むトレーニングデータセットとを使用してトレーニングされる、付記２４または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記３２］
前記トレーニングデータセットは、２つ以上の定義された入力偏光値に対する出力偏光値の測定に基づいて決定される、付記３１または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記３３］
前記２つ以上の定義された入力偏光値は、Ｈ、Ｖ、Ｄ、Ａ、および／またはＲ／Ｌ偏光値のうちの２つ以上を含む、付記３２または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記３４］
前記偏光変調器のパラメータを変更することは、前記光ファイバの複屈折を変化させて、後続の光子の偏光を変化させるために、前記偏光変調器の１つまたは複数のスプールの回転を変化させることを含み、各スプールは、四分の一波長板または二分の一波長板として機能するように構成され、かつ前記光ファイバの１つまたは複数のループが巻回される直径を含む、付記２４または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記３５］
前記偏光変調器のパラメータを変更することは、電気信号を使用して、前記光ファイバがソレイユ・バビネ構成で巻回されたスプールの直径を変化させることを含み、前記スプールの直径の変化により、前記光ファイバ内の機械的応力、前記光ファイバの複屈折の変化、および後続の光子の偏光の変化が生じる、付記２４または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記３６］
前記偏光変調器のパラメータを変更することは、前記光ファイバに結合された光学材料の複屈折を変化させて、後続の光子の偏光を変化させるために、前記光学材料に印加される電界の大きさを変化させることを含む、付記２４または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記３７］
前記初期偏光と前記最終偏光との間の差を決定するステップは、
異なる同期した光子源から生じる１つまたは複数の光子の２つのグループを干渉させるステップと、
１つまたは複数の光子の前記２つのグループを干渉させることによって生成される干渉パターンを測定するステップと、を含む、付記２４または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記３８］
前記１つまたは複数の光子は、第１の初期偏光の状態を有する第１の光子と、第２の初期偏光の状態を有する第２の光子とを含み、
前記フィードバックパラメータを決定するステップは、前記第１の初期偏光と第１の最終偏光との間の差、および前記第２の初期偏光と第２の最終偏光との間の差に基づいて、前記フィードバックパラメータを決定することを含む、付記２４または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記３９］
光ファイバを通して伝送される光子の偏光を補正するための方法であって、
データ光子および１つまたは複数のプローブ光子を含む光子のシーケンスを光ファイバを通して伝送するステップと、
前記光ファイバを通過した後の前記１つまたは複数のプローブ光子の偏光を測定するステップと、
前記１つまたは複数のプローブ光子の初期偏光と、前記１つまたは複数のプローブ光子の測定された偏光との間の差を決定するステップと、
機械学習モデルおよび／またはルックアップテーブルを使用して、前記初期偏光と前記測定された偏光との間の差に基づいてフィードバックパラメータを決定するステップと、
前記フィードバックパラメータを使用して、前記光ファイバに結合された偏光変調器のパラメータを変更して、前記データ光子の偏光を補正するステップと、を含む方法。
［付記４０］
前記光子のシーケンスを伝送するステップは、前記１つまたは複数のプローブ光子を周期的な間隔で伝送することを含む、付記３９または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記４１］
前記光子のシーケンスを伝送するステップは、トリガイベントに応答して前記１つまたは複数のプローブ光子を伝送することを含む、付記３９または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記４２］
前記トリガイベントは、閾値を超える温度変化を含む、付記４１または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記４３］
前記トリガイベントは、閾値を超える前記初期偏光と前記測定された偏光との間の差の変化を含む、付記４１または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記４４］
前記トリガイベントは、ＧＰＳ規律クロックおよび／またはファイバベースのネットワーク同期プロトコルによって生成される信号を含む、付記４１または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記４５］
以前に測定された偏光ドリフトデータに基づいて、前記１つまたは複数のプローブ光子の伝送を引き起こすトリガイベントの頻度を決定するステップをさらに含む、付記４１または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記４６］
前記光子のシーケンスを伝送するステップは、前記１つまたは複数のプローブ光子を伝送することを含み、前記１つまたは複数のプローブ光子は、第１の規定された偏光状態を有する第１のプローブ光子と、前記第１の規定された偏光状態とは異なる第２の規定された偏光状態を有する第２のプローブ光子とを含む、付記３９または任意の他の先行する付記に記載の方法。
［付記４７］
前記光子のシーケンスを伝送するステップは、前記１つまたは複数のプローブ光子を伝送することを含み、前記１つまたは複数のプローブ光子は、１つまたは複数の波長を有し、前記１つまたは複数の波長は、前記データ光子の波長とは異なる、付記３９または任意の他の先行する付記に記載の方法。

Claims (24)

1. システムであって、
   光ファイバによって光子源に光学的に結合された偏光変調器と、
   前記偏光変調器に結合された少なくとも１つのコントローラであって、
   機械学習モデルおよび／またはルックアップテーブルを使用して、前記光子源によって生成される、前記光ファイバに沿ったある位置におけるプローブ光子の偏光の１つまたは複数の測定値に基づいてフィードバックパラメータを決定し、
   前記フィードバックパラメータを使用して、前記偏光変調器の設定を変更して、前記プローブ光子に続いて前記光ファイバ内を伝搬する量子データ光子の偏光を変化させるように構成された前記少なくとも１つのコントローラと、を備えるシステム。
2. 前記偏光変調器が、前記光ファイバの長さに沿って順次挿入された複数の変調コンポーネントを備え、前記複数の変調コンポーネントのうちの少なくとも１つが電気機械的に制御される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記複数の変調コンポーネントは、前記光ファイバの１つまたは複数のループが巻回される直径を有するスプールを含み、前記スプールは、四分の一波長板または二分の一波長板として機能するように構成され、前記フィードバックパラメータを使用して前記偏光変調器の設定を変更することは、電気信号を使用して前記スプールの回転を変化させることを含み、前記スプールの回転により、前記光ファイバ内の機械的応力および前記光ファイバの複屈折の変化が生じる、請求項２に記載のシステム。
4. 前記複数の変調コンポーネントは、前記光ファイバがソレイユ・バビネ構成で巻回されるスプールを含み、前記フィードバックパラメータを使用して前記偏光変調器の設定を変更することは、電気信号を使用して前記スプールの直径を変化させることを含み、前記スプールの直径の変化により、前記光ファイバ内の機械的応力および前記光ファイバの複屈折の変化が生じる、請求項２に記載のシステム。
5. 前記偏光変調器が光学材料を含み、前記フィードバックパラメータを使用することが、前記光学材料に電界を印加して前記光学材料の複屈折を変調して前記光ファイバ内の前記量子データ光子の偏光の変化を誘起することを含む、請求項１または２に記載のシステム。
6. 前記光学材料は、電気弾性光学（ＥＥＯ）材料を含む、請求項５に記載のシステム。
7. 前記偏光変調器に結合され、かつ前記偏光変調器における前記プローブ光子の偏光の前記１つまたは複数の測定値を生成するように構成された少なくとも１つの偏光計をさらに備える、請求項２に記載のシステム。
8. 前記少なくとも１つの偏光計は、前記複数の変調コンポーネントの各々に結合され、前記プローブ光子の偏光の前記１つまたは複数の測定値は、前記複数の変調コンポーネントの各々の出力における前記プローブ光子の偏光の測定値を含む、請求項７に記載のシステム。
9. 前記少なくとも１つのコントローラは、
   前記光子源によって生成された前記プローブ光子の初期偏光と、前記偏光変調器の出力において測定された前記プローブ光子の最終偏光との間の差を決定するようにさらに構成され、
   前記プローブ光子の偏光の１つまたは複数の測定値に基づいて前記フィードバックパラメータを決定することは、前記初期偏光と前記最終偏光との間の差に基づいて前記フィードバックパラメータを決定することを含む、請求項１または２に記載のシステム。
10. 前記初期偏光および前記最終偏光はそれぞれ、１組の３つのベクトルによって特徴付けられ、
    前記初期偏光と前記最終偏光との間の差は、各組の３つのベクトルのベクトル間の差を含む、請求項９に記載のシステム。
11. 前記１組の３つのベクトルは、固定アセンブリによって測定され、前記固定アセンブリは、
    少なくとも６個のビームスプリッタと、
    前記少なくとも６個のビームスプリッタのビームスプリッタの出力に光学的に結合された３個の偏光ビームスプリッタと、
    複数対の光検出器と、を含み、各対の光検出器の光検出器は、前記３個の偏光ビームスプリッタのうちの１つの偏光ビームスプリッタの出力に光学的に結合され、かつ出力が入射される、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記少なくとも１つのコントローラは、時系列予測モデルおよび以前に測定された偏光情報を使用して、前記フィードバックパラメータを決定することおよび前記偏光変調器の設定を変更することを開始する時期を決定することによって前記システムのダウンタイムを低減するように構成される、請求項１または２に記載のシステム。
13. １つまたは複数の光子の偏光を補正する方法であって、
    前記１つまたは複数の光子を生成するように構成された光子源における前記１つまたは複数の光子の初期偏光と、ある長さの光ファイバを通って伝搬した後の前記１つまたは複数の光子の最終偏光との間の差を決定するステップと、
    機械学習モデルおよび／またはルックアップテーブルを使用して、前記初期偏光と前記最終偏光との間の差に基づいてフィードバックパラメータを決定するステップと、
    前記フィードバックパラメータを使用して、前記光ファイバに結合された偏光変調器のパラメータを変更して、前記偏光変調器における後続の光子の偏光を変化させるステップと、を含む方法。
14. 前記１つまたは複数の光子が前記光ファイバに沿って信号光子と同じ方向に伝搬するように、前記光子源を使用して前記１つまたは複数の光子を生成するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記１つまたは複数の光子を生成することは、前記１つまたは複数の光子が、ある期間、前記光ファイバ内の唯一の光信号であるように、要求に応じて前記１つまたは複数の光子を生成することを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記初期偏光および前記最終偏光はそれぞれ、１組の３つのベクトルによって特徴付けられ、
    前記初期偏光と前記最終偏光との間の差は、各組の３つのベクトルの１つまたは複数のベクトル値における差を含む、請求項１３または１４に記載の方法。
17. 前記機械学習モデルは、ポリシー、報酬テーブル、またはバックプロパゲーションのうちの１つと、相関のある入力偏光値、偏光変調器の設定値、および２つ以上の定義された入力偏光値に対する出力偏光値を含むトレーニングデータセットとを使用してトレーニングされる、請求項１３または１４に記載の方法。
18. 前記偏光変調器のパラメータを変更することは、前記光ファイバに結合された光学材料の複屈折を変化させて、後続の光子の偏光を変化させるために、前記光学材料に印加される電界の大きさを変化させることを含む、請求項１３または１４に記載の方法。
19. 前記１つまたは複数の光子は、第１の初期偏光の状態を有する第１の光子と、第２の初期偏光の状態を有する第２の光子とを含み、
    前記フィードバックパラメータを決定するステップは、前記第１の初期偏光の状態と第１の最終偏光の状態との間の差、および前記第２の初期偏光の状態と第２の最終偏光の状態との間の差に基づいて、前記フィードバックパラメータを決定することを含む、請求項１３または１４に記載の方法。
20. 光ファイバを通して伝送される光子の偏光を補正するための方法であって、
    データ光子および１つまたは複数のプローブ光子を含む光子のシーケンスを光ファイバを通して伝送するステップと、
    前記光ファイバを通過した後の前記１つまたは複数のプローブ光子の偏光を測定するステップと、
    前記１つまたは複数のプローブ光子の初期偏光と、前記１つまたは複数のプローブ光子の測定された偏光との間の差を決定するステップと、
    機械学習モデルおよび／またはルックアップテーブルを使用して、前記初期偏光と前記測定された偏光との間の差に基づいてフィードバックパラメータを決定するステップと、
    前記フィードバックパラメータを使用して、前記光ファイバに結合された偏光変調器のパラメータを変更して、前記データ光子の偏光を補正するステップと、を含む方法。
21. 前記光子のシーケンスを伝送するステップは、前記１つまたは複数のプローブ光子を周期的な間隔で伝送すること、
    トリガイベントに応答して前記１つまたは複数のプローブ光子を伝送することを含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記トリガイベントは、
    閾値を超える温度変化、
    前記トリガイベントは、閾値を超える前記初期偏光と前記測定された偏光との間の差の変化、
    ＧＰＳ規律クロックおよび／またはファイバベースのネットワーク同期プロトコルによって生成される信号のうちの１つまたは複数を含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記光子のシーケンスを伝送するステップは、前記１つまたは複数のプローブ光子を伝送することを含み、前記１つまたは複数のプローブ光子は、第１の規定された偏光状態を有する第１のプローブ光子と、前記第１の規定された偏光状態とは異なる第２の規定された偏光状態を有する第２のプローブ光子とを含む、請求項２０乃至２２のいずれか一項に記載の方法。
24. 前記光子のシーケンスを伝送するステップは、前記１つまたは複数のプローブ光子を伝送することを含み、前記１つまたは複数のプローブ光子は、１つまたは複数の波長を有し、前記１つまたは複数の波長は、前記データ光子の波長とは異なる、請求項２０乃至２２のいずれか一項に記載の方法。