Nel campo dell'informatica quantistica, oltre all'hardware, è necessario sviluppare anche la controparte software, infatti per avere un vantaggio quantistico effettivo non è sufficiente tradurre l'algoritmo risolutivo nel dominio quantistico ma è necessario ripensarlo completamente. In questo contesto c'è sempre la ricerca di nuove routine, cioè algoritmi che non hanno un'applicazione immediata ma che risolvono problemi sufficientemente generali da essere utili come componenti di algoritmi più grandi. Recentemente è stata portata all'attenzione una nuova routine chiamata Quantum Bernoulli factory.
Classicamente una Bernoulli factory è un algoritmo che simula esattamente una distribuzione Bernoulli da un'altra distribuzione di Bernoulli incognita di modo che ci sia una relazione predeterminata tra la probabilità della distribuzione in uscita e quella in ingresso.
Varie generalizzazioni quantistiche sono state proposte in cui l'ingresso o l'uscita sono sostituiti dai qubit. In particolare siamo interessati alla versione completamente quantistica in cui sia l'ingresso che l'uscita sono quantistiche. In letteratura è presente una caratterizzazione completa dello spazio delle funzioni simulabili da una quantum to quantum Bernoulli factory ma nessuna implementazione sperimentale che ne implementi una generica.
In questa ricerca dal lato teorico si vuole trovate degli algoritmi efficienti per implementare una data Quantum Bernoulli factory dal lato pratico implementare sperimentalmente i blocchi base, mostrando la loro componibilità per costruirne una generica.
Data la natura recente del problema della quantum to quantum Bernoulli factory la letteratura a riguardo risulta ridotta; a livello teorico essa si concentra solamente sui criteri di esistenza senza preoccuparsi troppo della complessità computazionale necessaria ad implementare tale macchina, a livello pratio ci sono stati alcuni tentativi di realizzare sperimentalmente una Bernoulli factory ma tutti risentono di problemi che impediscono di implementare una generica funzione.
Il primo obbiettivo della ricerca è quello di completare ciò che è presente in letteratura attraverso l'implementazione sperimentale di una Quantum to quantum Bernoulli factory fotonica, in pratica si vuole testare tre interferometri che combinati opportunamente permettono di implementare una generica funzione nel caso in cui l'informazione è codificata nella polarizzazione dei fotoni entranti nell'interferometro. Con lo stesso obbiettivo si vogliono trovare anche tre interferometri equivalenti ai precedenti che agiscano sull'informazione implementata nella codifica dual-rail, ciò permetterebbe di implementare più facilmente tale interferometro all'interno di un chip fotonico consentendo di ridurre le dimensioni fisiche dell'interferometro e aumentandone la stabilità nel tempo.
Il secondo obbiettivo è quello di fare un passo avanti rispetto alla letteratura andando a considerare non solo la possibilità di implementare una data funzione ma anche la sua complessità computazionale, cioè il numero minimo di fotoni o qbit necessari ad implementarla. In tal senso si vuole trovare un algoritmo che permetta di calcolare la complessità di una data funzione e che eventualmente restituisca anche un interferometro con tale complessità.
Terzo obbiettivo della ricerca è lo studio teorico ed eventualmente pratico di varianti del problema originale non ancora sviluppati in letteratura, per esempio la possibilità di avere in ingresso ed in uscita stati di dimensione maggiore di due oppure data la natura probabilistica dell'operazione se è possibile implementare contemporaneamente più di un funzione ed eventualmente trovare dei criteri di compatibilità tra di esse o ancora cercare di caratterizzare le potenzialità e la complessità del problema se ci si riduce solo a certi sottoinsiemi delle matrici unitarie, ad esempio quelle diagonali in una certa base.
Oltre alle novità rispetto alla letteratura questa ricerca presenta anche delle novità all'interno del gruppo in quanto per portare a compimento gli obbiettivi sperimentali si vuole costruire un interferometro a più strati completamente in fibra cosa mai fatta prima nel nostro gruppo ma per poterlo fare è necessario comprare dei particolari Beam Splitter con fibre calibrate in lunghezza e di diametro tale da poter entrare nei compensatori di polarizzazione meccanici.