Receiver Design to Harness Quantum Illumination Advantage
一种使用由自发参量下变频（SPDC）产生的纠缠光的光发射机，结合最佳量子光接收器（其实现方式尚不清楚）原则上能够在最佳接收非纠缠相干态激光雷达上获得高达6 dB的误差概率指数增益，以检测受到纠缠的远处目标的存在-在自由空间链路中的断损和噪声[Lloyd'08，Tan'08]。我们提出了一个明确的设计结构化的量子照明接收器，它与SPDC发射器一起显示，以实现高达3 dB的误差指数的优势，超过经典的传感器。除了是相当可行的原理验证演示，这是我们所知的第一个结构化设计的量子光学传感器的目标检测，优于相当最好的经典激光雷达传感器明显在低亮度，有损和嘈杂的操作制度。
2009-04-30 physics.optics quant-ph
Microwave quantum illumination with correlation-to-displacement conversion
本文扩展微波量子照明的关联-位移转换模块以容纳实验缺陷，提出返回信号放大，并结合 Kennedy 接收器与光子数分辨检测分析理想及噪声条件下的量子检测优势。
2023-03-31 quant-ph
Quantum Illumination with three-mode Gaussian State
利用三模最大纠缠高斯态，研究了一束信号光和两束闲频光的量子照明。结果表明，当每个信号的平均光子数$N_S$小于$0.295$时，$ρ$（靶不存在的态）和$σ$（靶存在的态）之间的量子Bhattacharyya束缚小于由双模高斯态导出的结果.这表明，当$N_S < 0.295$时，三模高斯态的量子照明比双模高斯态的量子照明给出更小的错误概率。
2022-03-13 quant-ph
Quantum illumination with asymmetrically squeezed two-mode light
我们提出了高斯量子照明（QI）协议，利用非对称压缩双模（ASTM）状态，通过施加单模压缩操作的初始双模压缩真空（TMSV）状态的每个模式产生，以克服有限的亮度TMSV状态。我们表明，最佳接收机的性能提高了本地压缩操作的信号模式，而一个现实的接收机的性能可以提高本地压缩操作的两种输入模式。在信号模式的平均光子数一定的情况下，当初始TMSV态的平均光子数存在一个拍频经典照明的阈值时，ASTM态的QI性能可以接近TMSV态。我们还验证了量子不和谐不能是一个资源的量子优势在高斯QI使用ASTM状态，这是一个反例，以前的索赔。
2021-07-19 quant-ph
Gaussian State-Based Quantum Illumination with Simple Photodetection
在量子照明下成像或检测物体的量子优势的证明可以依赖于最佳测量，而无需指定它们是什么。我们使用连续变量高斯量子信息形式主义表明，量子照明是更好的物体检测相比，相干态相同的平均光子数，即使是简单的直接光电探测。如果信号能量和物体反射率低，背景热噪声高，则该优点仍然存在。如果我们匹配信号束探测概率而不是平均光子数，则优势甚至更大。我们执行所有的计算与热态，即使是非高斯条件状态与负维格纳函数。我们模拟重复检测使用的Monte Carlo过程，清楚地表明可获得的优势。
2021-03-03 quant-ph
Overarching framework between Gaussian quantum discord and Gaussian quantum illumination
我们将在嘈杂环境中照亮物体的问题转化为通信协议。探测器被发送到环境中，物体的存在或不存在构成了探测器上编码的信号。然后测量探针以解码信号。我们用两种不同的高斯探针-Einstein-Podolsky-Rosen（EPR）态和相干态计算了编码和接收信号之间的Holevo信息和可访问信息的边界。我们还评估了在编码过程中消耗的EPR探针的高斯不和谐。我们发现，Holevo量子优势，定义为从EPR和相干态探针获得的Holevo信息之间的差异，是近似等于消耗的不和谐。这些量在低物体反射率和低探测能量的典型照明状态下变得精确。因此，我们表明，不和谐的资源负责的量子优势在高斯量子照明。
2017-02-28 quant-ph
Quantum illumination with noisy probes: Conditional advantages of non-Gaussianity
本文研究在热噪声和局部高斯噪声影响下，光子增加/减去非高斯态作为量子照明探针的性能层级，发现其优势依赖于Chernoff界比较条件，且高斯态整体性能最优。
2024-04-02 quant-ph
Microwave quantum illumination using a digital receiver
量子照明是一种强大的传感技术，它利用纠缠的信号-空闲光子对来提高在明亮的热噪声环境中的低反射率物体的检测效率。在低信号功率下，与经典策略相比的优势尤其明显，这一特征可以使该协议成为非侵入性生物医学扫描或低功率短程雷达的理想原型。在这项工作中，我们实验研究的概念，在微波频率的量子照明。我们使用约瑟夫森参量转换器产生纠缠场，在自由空间检测装置中照射1米距离处的室温物体。我们实现了一种基于线性正交测量的数字相位共轭接收机，在相同条件下，尽管信号路径存在纠缠破坏，其性能仍优于对称的经典噪声雷达。从实验数据出发，我们还模拟了理想闲频光子数检测的情况，与相对经典基准相比，这导致了量子优势。我们的研究结果突出了微波量子线路的第一个室温应用的机会和挑战。
2020-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Limits of independent and identical measurements for quantum illumination with an unknown return phase
National Defense Academy of Japan（日本防卫大学校）
本文针对未知回波相位的量子照明，证明采用独立同分布测量时，纠缠无法提升检测性能，非纠缠相干光已达性能极限，无量子优势。
2026-08-17 quant-ph
Optimal Quantum Illumination with Nonlocal Non-Gaussian Operations
Institute for Quantum Science and Engineering, Texas A&M University（德州农工大学量子科学与工程研究所）
本文提出一种非局域非高斯操作协议，通过工程化探针态在考虑光子损失等现实条件时，优于基于光子催化、加法和减法的局部非高斯方案，并通过50:50光束分裂器实现目标检测的信噪比显著提升。
2026-05-13 quant-ph
Asymmetric Quantum Illumination with three-mode Gaussian State
本文研究使用三模最大纠缠 Gaussian state 的 asymmetric Quantum Illumination，发现在 $N_S<0.46$ 时其错误概率低于 two-mode squeezed vacuum state。
2023-09-15 quant-ph
Towards Quantum Enigma Cipher II-A protocol based on quantum illumination-
本研究笔记II介绍了一种理解量子之谜密码的基本概念的方法。传统的密码是用数学算法设计的，其安全性是根据算法的安全分析复杂度和计算机的能力来评估的。这种密码原则上可以通过暴力破解来解密，在暴力破解中，窃听者根据正确的密文和一些已知的明文尝试所有可能的密钥。物理层具有量子效应的密码可以利用量子不可克隆定理和基于量子噪声效应的随机化来保护系统不受暴力攻击。对数学加密盒输出的密文进行随机化是实现量子密码的关键。特别是，通过随机化，需要使密文在窃听者的观察和合法用户的观察中的准确性有实质性的差异。量子照明协议可以使合法的接收器和窃听者的接收器的错误性能不同。这种差异是由于具有纠缠的合法接收器和不具有纠缠的窃听者的接收器的能力的差异。本文指出，量子照明可以作为最简单的量子谜密码的一个元素。
2015-11-07 cs.CR quant-ph
Enhanced standoff sensing resolution using quantum illumination
损耗和噪声很快破坏了量子纠缠。尽管如此，最近的工作表明，正交纠缠光源可以在相同平均发射功率的所有经典状态源中获得实质性的性能优势，这些经典状态源的损耗和噪声使它们纠缠中断，例如，远距离目标检测。在本文中，我们在将这种量子照明范例扩展到光学成像领域，即，以获得用于间隔光学感测的更好的空间分辨率。我们的规范成像方案-限制，为简单起见，一个横向尺寸-被认为是解决一个与两个紧密间隔的同相镜面反射点目标。我们表明，纠缠态发射机，它使用连续波泵浦自发参量下变频（SPDC），实现了错误概率指数，超过了所有经典状态发射机相同的平均功率。使用这些误差指数的结果，我们找到最终的空间分辨率限制相干状态和SPDC成像系统，使用各自的量子最优接收器，从而量化后者的空间分辨率优势。我们还提出了一种结构化的光接收器，理想情况下能够利用3 dB（全6 dB）的误差概率指数的增益，可实现的SPDC发射机和它的量子最优接收器。
2010-12-12 quant-ph
Capacity of optical communication in loss and noise with general Gaussian receivers
激光（相干态）调制足以在有损耗和有噪声的光信道上实现经典通信的最终（Holevo）容量，但需要一个联合检测具有高度非线性量子操作的长调制码字的接收器，这几乎是不可能使用当前技术实现的。分析了当发射端采用相干态调制，而接收端仅限于一般的量子有限高斯接收机时，即，一种可以涉及高斯操作（无源线性光学器件：分束器和移相器，二阶非线性光学（或有源线性光学器件）：挤压器，以及零差或外差检测测量）和接收器内任何数量的经典前馈的任意组合。在这些假设下，我们表明，高斯接收器，达到最大的互信息是零差检测，外差检测，或两者之间的时间共享，这取决于接收功率电平。换句话说，我们的结果表明，为了超过传统相干光通信的理论极限，必须结合非高斯，即，接收机中的三阶或更高阶非线性操作。最后，我们比较我们的高斯接收器限制与实验可行的非高斯接收器，并表明，在低接收光子通量的制度，它是可以克服高斯接收器限制相对简单的非高斯接收器的基础上光子计数。
2014-04-11 quant-ph
Discrimination of the binary coherent signal: Gaussian-operation limit and simple non-Gaussian near-optimal receivers
讨论了高斯运算和经典通信在量子态鉴别问题中的局限性。我们发现，最佳的高斯策略的二进制相移键控（BPSK）相干信号的歧视是一个简单的零差检测。我们还提出了实际的接近最佳的量子接收器，在信号功率的所有领域击败BPSK零差限制。我们的方案是简单的，不需要实时的电反馈。
2008-08-14 quant-ph
Quantum illumination with nonzero-mean signal-idler states via noise-enhanced heterodyne work extraction
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Hacettepe University（哈塞特佩大学）
本文提出一种基于工作提取的量子照明接收机，利用异步检测提取返回模式，并通过本地存储的可能位移子信道转换为可测量信号，无需零一阶矩，且在弱返回背景下表现出与理想OPA接收机相当的性能。
2026-05-12 quant-ph
Not even 6 dB: Gaussian quantum illumination in thermal background
本文证明在目标无关热背景下，高斯量子照明相对相干态的6 dB Chernoff指数优势不可达到，且弱单模压缩发射机可能劣于无照明检测。
2024-01-19 quant-ph
Quantum illumination with non-Gaussian states: Bounds on the minimum error probability using quantum Fisher information
量子照明利用纠缠态来探测热浴中的弱反射目标。从渐近极限下的最小错误概率来评价纠缠态的性能，并与最优相干态方案进行比较。我们推导出一个上界以及一个渐近最小误差概率的下界，作为量子费舍尔信息的函数。上界可以使用重复的局部策略来实现。这使得我们能够比较定光子数纠缠态与相干态在局域策略下的最佳性能。在总能量一定的条件下，我们发现相干态的性能优于相同信号能量的定光子数纠缠态。
2021-10-13 quant-ph
Secure Communication using Gaussian-State Quantum Illumination
提出了一种新的基于量子照明的保密通信模式。爱丽丝使用自发的参数下转换发送鲍勃一组信号模式在纯损耗信道，同时保留闲置模式，他们最大限度地纠缠。鲍勃通过二进制相移键控将一个信息比特强加给他从爱丽丝那里接收到的模式。然后，他添加经典高斯噪声，并通过相同的纯损耗信道将噪声调制模式发送回Alice。即使损失和噪声破坏了爱丽丝从鲍勃接收的模式和她保留的空闲模式之间的任何纠缠，她可以解码鲍勃的比特，其错误概率可以比被动窃听者所实现的低几个数量级，被动窃听者接收从爱丽丝到鲍勃和从鲍勃到爱丽丝的途中丢失的所有光子。
2009-04-28 quant-ph
Phase tracking for sub-shot-noise-limited receivers
基于诸如光子计数的非高斯测量的用于相位相干态的非常规接收器超过了散粒噪声限制的相干接收器的灵敏度极限，即量子噪声极限（QNL）。这些非高斯接收机可以在未来的相干通信技术中产生重大影响。然而，在现实的通信信道，如光纤，随机相位变化，提出了严重的挑战，提取编码在相干态的信息。虽然存在用于利用常规外差检测来校正随机相位噪声的方法，但是用于超过QNL的非高斯接收器的相位跟踪仍然是一个开放的问题。在这里，我们演示了非高斯接收器的相位跟踪，以校正时变相位噪声，同时允许超出QNL的解码。相位跟踪方法利用非高斯鉴别测量的数据进行实时参数估计和相位漂移校正，而不依赖于相位参考导频场。这种方法使非高斯接收机在具有时变相位噪声的实际信道中获得比理想相干接收机更高的灵敏度和信息传输速率。该演示使子QNL接收器成为经典和量子通信的更强大，可行和实用的量子技术。
2020-07-06 quant-ph
Optimality of Gaussian receivers for practical Gaussian distributed sensing
我们研究的问题，估计的函数的许多参数所获得的传感器分布在空间中，例如，场的空间梯度。我们限制自己的设置，分布式传感器的探测与实验实际的资源，即，在可分离的位移热状态的场模式，并专注于测量相移返回场模式的光接收器的优化设计。在这种情况下，我们证明了一个局部最优的测量策略，即，对于所有相移值实现标准量子极限的测量是高斯测量，而且是可分离的测量。我们还证明了自适应相位测量的效用，使估计性能鲁棒的情况下，其中一个未知参数的先验信息很少。在这种情况下，我们确定了一个制度，它是有益的，使用结构化的光接收器，纠缠接收到的模式之前测量。
2018-09-26 quant-ph
Quantum-Enhanced Transmittance Sensing
考虑了热背景光下目标透过率$θ$的估计问题。由于量子估计理论产生基本限制，我们采用有损热噪声玻色子信道模型，该模型描述了许多实际主动照明系统中的传感器-目标相互作用的量子力学（例如，使用光、微波或射频的发射）。我们证明了在低传输功率的限制下，双模压缩真空（TMSV）态的量子照明在所有量子态（不一定是高斯态）上渐近地达到最小量子克拉美-拉奥界（CRB）.我们描述了最佳的接收机结构TMSV输入，并显示其优于其他接收机使用分析和蒙特卡罗模拟。
2022-10-30 quant-ph
Quantum Illumination with Non-Gaussian Three Photons States
提出使用信号为双光子态、闲置态为单光子态的非高斯三光子态进行量子照明，证明其在高噪声背景下的灵敏度优于标准高斯量子照明，并降低了错误概率。
2023-11-27 physics.app-ph quant-ph
Entanglement-enhanced Neyman-Pearson target detection using quantum illumination
量子照明（QI）提供基于纠缠的目标检测-在纠缠破坏环境中-其性能明显优于最佳经典照明目标检测。QI的性能优势是建立在贝叶斯设置与目标假定同样可能是缺席或存在和错误概率作为性能度量。然而，雷达理论避开了贝叶斯方法，更倾向于内曼-皮尔逊性能准则，以避免准确分配目标存在和不存在的先验概率以及虚警和脱靶错误的适当代价的困难。我们最近报道了一种架构-基于和频生成（SFG）和前馈（FF）处理-最小错误概率QI目标检测与目标存在和不存在的任意先验概率。在本文中，我们使用我们的FF-SFG接收的结果，以确定接收机的工作特性-检测概率与虚警概率-最佳QI目标检测下的内曼-皮尔逊准则。
2017-03-07 quant-ph
Quantum illumination for enhanced detection of Rayleigh-fading targets
量子照明（QI）是一种纠缠增强的传感系统，其性能优势超过了可比的经典系统生存在纠缠打破的情况下的损失和噪声困扰的使用。特别地，用于区分目标不存在或存在的相等可能假设的QI的误差概率指数比使用相同发射功率的最佳经典系统的误差概率指数高6 dB。然而，这种性能优势假定目标回波（当存在时）具有已知的幅度和相位，这种情况在激光雷达应用中很少发生。在激光雷达波长下，大多数目标表面足够粗糙，以至于它们的返回是斑点状的，即，它们具有瑞利分布的振幅和均匀分布的相位。QI的光参量放大器接收器--它为具有已知幅度和相位的返回提供了优于经典的3 dB的误差概率指数--未能为瑞利衰落目标提供任何性能增益。我们表明，和频生成接收器[物理。118，040801（2017）] -其非衰落目标的错误概率指数达到QI的最佳经典操作的全部6 dB优势-优于瑞利衰落目标的经典系统。在这种情况下，QI的优势是次指数的：当$M\barκN_S/N_B \gg 1$，其中$M\gg 1$是QI发射机的时间带宽乘积，$N_S \ll 1$是其亮度，$\barκ$是目标的平均反射率，而$N_B$是背景光的亮度时，其误差概率比经典系统低$1/\ln(M\barκN_S/N_B)$倍。
2017-07-19 quant-ph
Channel-noise tracking for sub-shot-noise-limited receivers with neural networks
用于具有相干态的光通信的非高斯接收器可以实现超出由量子噪声极限（QNL）给出的常规检测极限的测量灵敏度。然而，如果在通信信道中存在噪声，则可以可靠地发送的信息量显著降低，除非接收机能够有效地补偿这种噪声。在这里，我们研究了使用深度神经网络作为相位和幅度信道噪声的计算效率估计器，以实现非高斯接收器的噪声跟踪的可靠方法。神经网络使用非高斯接收机收集的数据来实时估计和校正动态信道噪声。使用数值模拟，我们发现这种噪声跟踪方法允许非高斯接收器在相位和强度噪声的广泛强度和带宽范围内保持其对QNL的益处。基于神经网络的噪声跟踪方法还可以包括其他类型的噪声，以确保在具有许多噪声源的信道中的子QNL性能。
2021-02-15 quant-ph
Gaussian Quantum Illumination via Monotone Metrics
本文研究低反射率目标下的高斯量子照明，通过单调度量推导任意高斯输入态衰减常数的解析公式，证明TMSV态在纯高斯态中最优，并给出闲频光存储器的解析界限及超越相干态的相关性区域。
2023-02-15 quant-ph
Bound for Gaussian-state Quantum illumination using direct photon measurement
本文针对高斯态量子照明，推导开-关与PNR直接光子测量下的信噪比和Fisher信息解析界，比较TMSV、相干态与CCT态性能。
2023-11-02 quant-ph
Quantum illumination networks
针对传统量子照明协议优势仅适用于低功率简单目标的局限，提出含发射机阵列与单接收天线的量子照明网络，搭配两种测量方案，可在高功率下实现多参数估计及假设检验的量子优势。
2024-06-24 quant-ph
Quantum Illumination with a generic Gaussian source
为了降低量子照明对纠缠的要求，我们研究了发送端的高斯态族，以及接收端的最优联合量子测量的性能.我们发现，最大的纠缠是不是严格必要的，以实现量子优势的相干态发射机的经典基准，在对称和非对称假设检验的设置。在进行这种量子经典比较的同时，我们还研究了一个合适的参数机制，用于潜在的短程雷达（或扫描仪）应用。
2020-07-01 physics.app-ph physics.optics quant-ph
On the classical capacity of quantum Gaussian measurement
在本文中，我们考虑了经典的容量问题的高斯测量信道没有施加任何类型的阈值条件。我们一般地证明了最优系综的平均状态的高斯性，并讨论了关于系综结构的高斯最大化假设。证明使用沃尔夫，Giedke和Cirac适应的输出微分熵的凸封闭的方法。然后我们详细讨论了单模情况，包括高斯系综可达信息的对偶问题。在量子通信中，有几个研究中的经典容量的传输方案，不仅高斯信道，而且接收机是固定的，并在一定的输入集合上进行优化。鉴于量子信道编码（HSW）定理中最佳接收机的复杂性，这些研究具有实际意义。我们的研究结果是相关的接收器是高斯和级联的信道和接收器可以被认为是一个高斯测量信道的情况。我们的努力，在这和以前的论文，然后旨在建立完全高斯的最佳合奏（通常作为一个假设），在这样的计划。
2021-02-04 quant-ph
Entanglement-assisted detection of fading targets via correlation-to-coherence conversion
本研究将关联-位移转换模块的分析扩展到具有随机相位和瑞利分布反射率波动的实际目标，证明纠缠优势虽减弱但仍保持，并实现了非高斯量子通道下的精确高效性能评估。
2022-12-15 quant-ph
Quantum Illumination with Gaussian States
光发射器照射包含明亮的热噪声浴的目标区域，其中可能嵌入低反射率物体。从该区域接收的光用于确定物体是否存在。将使用相干态发射器实现的性能与量子照明发射器的性能进行比较，即，一种是采用从自发参量下变频（SPDC）获得的信号波束。通过对从目标区域接收的光与保留的SPDC闲频光束一起进行最佳联合测量，量子照明系统实现了比最佳接收相干态系统在误差概率指数方面的6dB优势。尽管在从目标区域收集的光和保留的闲频光束之间没有纠缠，但该优点仍然存在。
2008-10-02 physics.optics quant-ph
Noiseless linear amplification in quantum target detection using Gaussian states
量子目标检测的目的是利用量子技术来实现目标检测的性能，而这是通过纯粹的经典手段无法实现的。量子照明就是一个例子，基于信号-空闲纠缠，有希望在误差指数上比其最佳经典对应物有潜在的6 dB优势。到目前为止，实现这种最佳接收的接收器设计仍然难以捉摸，许多基于高斯过程的建议似乎无法利用高斯状态源中包含的量子信息。本文考虑在基于量子照明的量子目标检测协议的检测阶段使用无噪声线性放大器。这种非高斯放大器提供了一种在不增加噪声的情况下概率性地放大输入信号的手段。考虑对称性假设检验，导出了双模压缩真空态和相干态经典基准的量子相干态的量子相干态的探测误差界，并分析了探测误差概率的极限。我们的研究结果表明，在这样的方案中，潜在的量子优势被放大，即使在量子照明单独提供没有优势的制度，从而扩展其潜在的用途。对于相干态，情况就不同了，相干态的性能一般受没有放大的情况的限制。
2022-06-14 quant-ph
Microwave Gaussian quantum sensing with a CNOT gate receiver
本文提出一种基于连续变量CNOT门的量子照明接收机，通过零差测量和平方律探测器实现联合测量，在微波量子传感中优于现有方案并可推广至光学领域。
2023-07-04 quant-ph
Classical benchmarking for microwave quantum illumination
量子照明（QI）理论上承诺高达6dB的误差指数优势，在目标检测的最佳经典协议。该优点通过包括非常高的背景的状态而最大化，当考虑微波操作时，这自然发生。这样的制度有众所周知的实际局限性，虽然很明显，理论上，在微波相关的经典基准的知识是缺乏的。用于信号检测的放大器的要求必然使得这里的最佳经典协议不同于传统上使用的协议，并且仅适用于光域。在这项工作中，我们概述了什么是真正的经典基准微波QI使用相干态，提供了新的界限的错误概率和封闭式的接收机工作特性（ROC），最佳的（基于量子相对熵）和零差检测方案。我们还提出了一种替代源生成程序的基础上的相干态，这表明有可能达到经典的光学应用中实现的最佳性能。我们提供了相同的界限和措施，这样的源的性能，并讨论其潜在的效用，在未来的室温量子探测方案在微波。
2021-09-01 quant-ph
Quantum illumination via frequency-mode-based correlation-to-displacement conversion
针对量子照明中关联到位移转换因模式数量庞大而难以实现的问题，提出频率模式纠缠源、跨模式外差探测与腔增强量子脉冲门的集成框架。
2025-02-28 physics.optics quant-ph
Experimental Quantum Target Detection Approaching the Fundamental Helstrom Limit
量子目标检测是一种新兴的应用，它利用纠缠来增强对物体存在的感知。虽然最近已经报道了某些情况下的几个实验演示，但由于未知的最佳测量，Helstrom极限所施加的单次检测极限尚未达到。在这里，我们报告的量子目标探测，也被称为量子照明，在单光子极限的实验演示。在我们的实验中，最大纠缠光子对中的一个光子被用作探测信号，并在接收端实现了相应的最佳测量。我们探讨了在不同区域的参数空间的检测问题，并验证了量子优势存在，即使在传统的照明，所有的经典方案成为无用的禁区。我们的研究结果表明，量子照明打破了经典的限制高达40%，同时接近Helstrom极限所施加的量子极限。这些结果不仅展示了量子照明的优越性，而且显示了其在目标检测方面的潜在价值。
2021-07-24 quant-ph
Quantum Estimation Methods for Quantum Illumination
量子照明包括将量子光照射在浸没在明亮的热浴中的目标区域上，目的是检测可能存在的低反射物体。如果信号与接收器纠缠，则测量的适当选择相对于采用相干态的最佳经典协议提供增益。在这里，我们解决这个检测问题，通过使用量子估计技术来测量的反射率参数的对象，示出了增强的信噪比高达3 dB的经典的情况下，只实施本地测量。我们的方法采用了量子费舍尔信息，以提供一个上限的错误概率，提供了具体的估计饱和的界限，并扩展到非高斯状态的量子照明协议。作为一个例子，我们展示了Schr奥丁格的猫态可以用于量子照明。
2017-02-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Performance analysis for high-dimensional Bell-state quantum illumination
本文分析Pannu等人提出的高维贝尔态量子照明的有限维性能，发现纠缠维度存在阈值，低于无量子优势，高于渐近逼近Nair-Gu界，且达到有用错误概率所需维度高于高斯态方案。
2024-09-19 quant-ph
Gravity enhanced quantum spatial target detection
量子照明可以利用纠缠光来探测隐藏在明亮热背景中的低反射率目标。这种技术被应用于探测地球弯曲时空中的物体，以探索时空的曲率如何影响量子照明。结果表明，在近地弯曲时空中，利用纠缠态发射器的空间量子照明优于利用相干态发射器的空间量子照明。此外，无论是量子照明系统还是相干态系统，重力都可以通过降低接收端的热信号来增强时空目标的探测。此外，我们的模型在原理上可以应用于微波量子照明，从而在一定程度上提供了即将到来的空间量子雷达技术的理论基础。
2022-06-18 gr-qc quant-ph
Fundamental limits of quantum illumination
在量子照明（QI）中，最初与保持在接收器处的闲频光束纠缠的信号光束询问沐浴在热背景光中的目标区域。返回的光束与惰轮一起测量，以确定是否存在弱反射目标。使用工具，从量子信息理论，我们推导出下限的平均误差概率检测镜面反射和衰落的目标和估计的反射率的检测到的目标，这是服从任何QI发射机满足信号能量约束的均方误差。对于明亮的热背景，我们表明，QI系统使用多个副本的低亮度双模压缩真空态是接近最佳的。更一般地说，我们的研究结果限制了在所有波长，所有信号和背景噪声水平下使用QI系统可实现的最佳性能。
2020-07-13 physics.optics quant-ph
Gaussian hypothesis testing and quantum illumination
量子假设检验是量子信息理论中最基本的任务之一，与量子通信和量子估计理论有着根本的联系。在本文中，我们建立了一个公式，在两个高斯态的量子假设检验的最小的第二类错误概率的衰减率给出了固定的约束的第一类错误概率。这个公式是所讨论的量子高斯态的平均向量和协方差矩阵的直接函数。我们给出了量子照明的应用，这是确定是否有一个低反射率的对象嵌入在一个明亮的热噪声浴的目标区域的任务。对于非对称误差设置，我们发现量子照明发射器可以实现比相同平均光子数的相干态发射器更强的误差概率指数，而且，它需要更少的试验来实现。这发生在背景热噪声低或亮时，这意味着量子优势甚至比在偏振误差设置中更容易见证，因为它发生在更大的参数范围内。从这里向前发展，我们希望我们的公式在远远超出本文所考虑的设置中有应用，特别是涉及量子高斯信道的量子通信任务。
2017-09-19 cs.IT math.IT quant-ph
Target Detection via Quantum Illumination: Range Equation
介绍了基于高斯态量子照明的目标检测的基本原理。这种系统的性能与它的经典对应物进行了比较，后者采用了最经典的光态，即，相干态，以照射目标区域。通过推导最大距离方程，我们已经证明了基于量子照明的目标检测系统在低传输功率下特别有利，这使得这些系统适合于短距离应用，如生物医学成像或隐蔽检测方案。
2021-08-23 physics.app-ph quant-ph
Boosting entanglement generation in down-conversion with incoherent illumination
由自发参量下转换产生的纠缠光子对于我们目前对量子力学的理解和量子信息的进展具有极其重要的意义。在这个过程中，下转换光子的量子相关性由照射非线性晶体的泵浦光束的光学性质决定。广泛地说，泵浦光束已经被建模为相干光束或由众所周知的高斯-谢尔模型，这导致了自然的结论，即高度的光学相干性是产生高度纠缠态所必需的。在这里，我们表明，当一类新的部分相干高斯泵浦光束被认为是，一个独特的类型的量子态可以产生的纠缠量与泵浦光束的相干度成反比增加。这导致了高度非相干但高度纠缠的多光子态，这对光子量子信息科学应该有有趣的结果。
2020-06-25 physics.optics quant-ph
The minimum error probability of quantum illumination
量子照明是一种通过量子探针在噪声环境中检测目标存在的技术。我们证明了双模压缩真空态是非对称鉴别情形下量子照明的最佳探针，目标是在给定假阴性概率的情况下，使假阳性概率的衰减率最小.双模压缩真空态的量子照明提供了一个6 dB的优势，在错误的概率指数相比，相干态的照明。更先进的量子照明策略是否可以提供进一步的改进，一直是一个长期悬而未决的问题。我们的基本结果证明，考虑更多的奇异量子态，如多模纠缠态，将一无所获。我们的证明是基于一个新的基本熵不等式的噪声量子高斯衰减器。我们还证明了，没有访问的量子存储器，量子照明的最佳探针是相干态。
2018-07-02 math-ph math.MP quant-ph
Real-time calibration of coherent-state receivers: learning by trial and error
Universitat Autònoma de Barcelona（巴塞罗那自治大学）
利用现有技术实现光的相干态的最佳鉴别是经典和量子通信中的一个关键问题，其解决方案将使自由空间和光纤信道中长距离通信的有效接收器得以实现。在这篇文章中，我们证明了强化学习（RL）协议允许代理学习由无源线性光学器件，光电探测器和经典自适应控制制成的近最佳相干状态接收器。每个智能体都经过几次独立的识别实验的实时训练和测试，并且不知道状态的能量，也不知道接收器的设置，也不知道控制实验的量子力学定律。智能体完全基于观察到的光电探测器结果，自适应地在一组约3 × 10^3个可能的接收器设置中进行选择，如果猜测正确，则在每次实验结束时获得奖励。与先前RL在量子物理学中的应用不同，每次运行中收集的信息本质上是随机的，因此不足以准确评估所选接收器的性能。尽管如此，我们提出的代理家族：（i）在~3 10^2次实验后发现一个接收器击败最佳高斯接收器;（ii）在~10^3次实验后超过最佳高斯接收器的累积奖励;（iii）同时发现一个接近最佳的接收器，并在~10^5次实验后获得其累积奖励。我们的研究结果表明，RL技术适用于在线控制的量子接收机，并可以用于长距离通信在潜在的未知信道。
2020-01-28 cs.LG quant-ph
Quantum Backscatter Communication: A New Paradigm
在本文中，我们提出了一种新的量子后向散射通信（QBC）协议，量子照明（QI）的概念的启发。在QBC范例中，发射器产生纠缠光子对。信号光子被传输，闲频光子被保留在接收器处。标签天线通过对撞击天线的信号执行脉冲幅度调制（PAM）、二进制相移键控（BPSK）或二次相移键控（QPSK）来进行通信。使用和频生成接收机，我们的QBC协议实现了6 dB的误差指数增益PAM和BPSK，和3 dB的增益QPSK超过其经典的同行。最后，我们讨论了QI增强的安全反向散射通信。
2018-04-06 cs.IT math.IT quant-ph
