A óptica linear e a fotodetecção alcançam uma discriminação de estado coerente inequívoca quase ideal

A óptica linear e a fotodetecção alcançam uma discriminação de estado coerente inequívoca quase ideal

Carimbo de data / hora: 31 de maio de 2023 10:12
Nó Fonte: 2691519

Jasminder S. Sidhu1, Michael S. Boi2, Saikat Guha2,3 e Cosmo Lupo4,5

1SUPA Departamento de Física, Universidade de Strathclyde, Glasgow, G4 0NG, Reino Unido
2Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação, Universidade do Arizona, Tucson, Arizona 85721, EUA
3Faculdade de Ciências Ópticas, Universidade do Arizona, Tucson, Arizona 85721, EUA
4Dipartimento Interateneo di Fisica, Politecnico & Università di Bari, 70126 Bari, Itália
5INFN, Sezione di Bari, 70126 Bari, Itália

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Sumário

Estados coerentes do campo eletromagnético quântico, a descrição quântica da luz laser ideal, são os principais candidatos como portadores de informações para comunicações ópticas. Existe um grande corpo de literatura sobre sua estimativa e discriminação quântica limitada. No entanto, muito pouco se sabe sobre as realizações práticas de receptores para discriminação inequívoca de estado (USD) de estados coerentes. Aqui preenchemos essa lacuna e esboçamos uma teoria de USD com receptores que podem empregar: óptica linear multimodo passiva, deslocamentos de espaço de fase, modos de vácuo auxiliares e detecção de fótons on-off. Nossos resultados indicam que, em alguns regimes, esses componentes ópticos atualmente disponíveis são tipicamente suficientes para alcançar uma discriminação inequívoca quase ótima de múltiplos estados coerentes multimodo.

Imagem em destaque: Exemplo de um projeto de receptor explícito usando ótica passiva linear multimodo, operações de deslocamento de espaço de fase, modos auxiliares de vácuo e detecção de fótons on-off de acordo com o modo.

Resumo popular

Os receptores quânticos aprimorados estão na vanguarda das novas tecnologias quânticas. Para aplicações em comunicações ópticas, eles fornecem recursos discriminatórios aprimorados para vários estados quânticos não ortogonais. Isso é particularmente importante para alfabetos de estado coerente fraco, devido ao seu papel fundamental como portadores de informações em sensoriamento quântico, comunicação e computação. Um receptor quântico bem projetado combina praticidade com alto desempenho, onde o último é quantificado por meio de uma figura de mérito dependente da tarefa adequada. o desempenho é comparado em termos da probabilidade média mínima de obter um evento inconclusivo.

Existe uma vasta literatura dedicada a estabelecer o limite global para USD para diferentes famílias de estados quânticos, incluindo programação semidefinida e até mesmo soluções analíticas exatas onde a simetria nos estados permite. Essas abordagens fornecem descrições matemáticas formais para medições de USD globalmente ótimas, mas não fornecem uma construção de receptor explícita ou viável. Surpreendentemente, muito pouco se sabe sobre receptores práticos de USD para estados coerentes além das constelações de mudança de fase, e se eles podem alcançar os limites globais.

Para fechar essa lacuna, estabelecemos uma nova teoria para USD que opera sob esquemas de medição práticos. Em particular, nossos receptores aproveitam apenas recursos limitados, como ótica passiva linear multimodo, operações de deslocamento de espaço de fase, modos de vácuo auxiliares e detecção de fótons on-off de acordo com o modo. Desenvolvemos várias classes de receptores, cada uma adequada a propriedades específicas da constelação de estado coerente. Aplicamos nossa teoria a várias modulações de estado coerente e comparamos o desempenho com os limites globais existentes em USD. Demonstramos que, em alguns regimes, esse conjunto prático, porém restrito, de operações físicas é normalmente suficiente para proporcionar um desempenho quase ideal. Este trabalho estabelece uma estrutura teórica para entender e dominar o projeto de receptores para permitir USD quase ótimos de estados coerentes.

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Citado por

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As citações acima são de SAO / NASA ADS (última atualização com êxito 2023-06-01 02:15:37). A lista pode estar incompleta, pois nem todos os editores fornecem dados de citação adequados e completos.

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