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
Observable bound for Gaussian illumination
我们提出了可观察的高斯照明的界限，以最大限度地提高信噪比，最大限度地减少使用高斯状态的低反射率目标的存在和不存在之间的歧视误差。可观察到的边界实现模式的模式测量。在使用双模压缩真空态的量子机制中，我们的可观测接收器优于其他可行的接收器，但它不能接近量子相干态。由于额外的真空噪声，相应的可观测量不能用外差检测来实现。在经典制度中使用的热态，实现与光子数差测量的接收器接近其边界的信号的平均光子数无关，而它渐近地接近一个巨大的空闲平均光子数的限制的经典界。
2022-04-21 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
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
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
Quantifying the source of enhancement in experimental continuous variable quantum illumination
量子照明协议利用相关光束来提高位于非常嘈杂的背景中的部分反射对象的检测概率。最近，在[Lopaeva { \it et al，}，Phys. Rev. Lett. { \bf 101}，153603（2013）]，其中尽管失去了非经典性，但仍保留了增强。在本文中，我们调查的来源，量子优势，在实现。我们引入了一个有效的双模式描述的光源和分析的互信息作为量化的总相关性在有效的双模式图片。在高热化背景下，我们发现纠缠源相对于非纠缠热源的信噪比的提高正好等于相应源的有效互信息的比值。更准确地说，这两个量趋向于由各自互相关的平方比指定的共同极限。通过对实验数据的深入分析，证实了这一理论结果.
2014-08-06 physics.optics quant-ph
Gaussian-state quantum-illumination receivers for target detection
使用自发参数下转换产生的纠缠双光束的信号一半询问被怀疑包含目标的空间区域，并且具有高损耗和高（纠缠破坏）背景噪声。对返回光和保留在发射器处的闲频光束执行联合测量。一个最佳的量子接收器，其实现方式尚不清楚，被证明可以实现6 dB增益的错误概率指数相对于实现与一个单一的相干态（经典）激光发射器和最佳接收器。我们提出了两个结构化的光接收器，实现高达3 dB的增益的误差指数超过与经典的传感器。据我们所知，这些是用于目标检测的量子光学传感器的第一个设计，它可以很容易地在概念验证实验中实现，在低信号亮度，高损耗和高噪声操作制度中明显优于最好的经典传感器。
2009-11-04 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
Non-degenerate SPDC photon-pair source for UV-A illumination
本研究提出一种基于二阶非线性晶体、通过自发参量下转换产生UV-A与红外非简并光子对的源，可解耦传感与探测波长以复用可见光相机技术，为紫外量子传感开辟新场景，有望推动生物医学、无损检测领域发展。
2025-05-19 physics.optics 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 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
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
Josephson Traveling Wave Parametric Amplifiers as Non-Classical Light Source for Microwave Quantum Illumination
通过所谓的量子照明程序，可以丰富对低反射率物体的探测。为了使这种量子过程优于经典检测协议，最初需要微波辐射的纠缠态。本文讨论了基于电路QED器件的约瑟夫森行波参量放大器（JTWPAs）作为双模压缩真空态（一种特殊的信号-闲频纠缠态）的合适光源的作用。获得的宽带宽使JTWPA成为在量子精密测量和信息处理应用中产生量子辐射的理想候选者。
2021-06-09 cond-mat.supr-con quant-ph
Noisy receivers for quantum illumination
量子照明（QI）在目标检测中具有前所未有的性能，但围绕其实现存在各种问题。在目标范围是一个问题，信号和闲置重组形成了一个关键的障碍，该协议的成功。如果在空闲模式上执行测量仍然可以产生量子优势，则可以潜在地减轻这种情况。在本文中，我们调查的QI协议一般相关的高斯源和研究的相位共轭（PC）接收机，推导出相关的SNR的信号和空闲的能量，和它们的互相关，这可能是很容易适应，将由于高斯测量增加的噪声。我们确认，外差测量上的空闲模式导致的性能渐近接近零差检测的相干态。然而，如果信号模式受外差影响，但空闲模式保持干净，则性能渐近地接近PC接收机的性能，而没有任何增加的噪声。
2020-06-08 quant-ph
Quantum illumination receiver using double homodyne detection
量子接收器是量子照明（QI）的基本元件，其性能优于其经典对应物，称为经典照明（CI）。然而，只有很少的可实现的量子接收器的建议，它利用非线性效应，导致增加接收器设置的复杂性。为了弥补这一点，在这篇文章中，我们设计了一个量子接收器与线性光学元件的高斯QI。而不是利用非线性效应，我们的接收器包括一个50：50分束器和零差检测。使用50：50分束器后的双零差检测，我们分析了QI在不同目标反射率、源功率和噪声水平下的性能。我们表明，我们的接收机具有更好的信噪比和更强大的抗噪声比现有的简单结构的接收机。
2021-02-05 quant-ph
Improve Microwave Quantum Illumination Via Optical Parametric Amplifier
量子照明是一种量子光学传感技术，其中利用纠缠源来提高对浸没在明亮热背景中的低反射率物体的检测。在微波量子照明技术中，可以利用微波场与光场之间的纠缠源来提高探测效率。提出了一种在腔光机系统中引入光参量放大介质来增强微波输出场与光腔输出场之间纠缠的方案。结果表明，即使对于低反射率的目标，光参量放大器的存在也能提高探测的信噪比，降低探测的错误概率。
2018-12-03 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
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
Enhancing Spectroscopy and Microscopy with Emerging Methods in Photon-Correlation and Quantum Illumination
本综述梳理了单光子探测器与量子光源进步推动的光子关联及量子照明领域进展，介绍了其在超分辨显微、低噪声测量等方面的应用，并指出了相关技术挑战与未来方向。
2025-07-28 physics.optics quant-ph
Covert sensing using floodlight illumination
我们提出了一个计划，用于隐蔽的主动传感，使用泛光灯照明从太赫兹带宽放大自发发射（ASE）源和外差检测。我们评估的量子估计理论的性能限制的隐蔽传感，其中发射机的尝试，以感测目标相位保持不可检测的量子装备的被动对手，通过隐藏的热噪声地板下的信号光子。尽管ASE源的每个模式的量子态是混合的（热的），并且因此与激光模式的纯相干态相比是差的，但是ASE源的千倍高的光学带宽通过允许探测光在给定的积分时间内散布在许多更正交的时间模式上而导致实现与窄带激光源相比基本上优越的性能。尽管我们的分析仅限于单模相位传感，但该系统可以适用于各种实际的光学传感应用。
2018-12-27 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
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
Quantum Illumination at the Microwave Wavelengths
量子照明是一种量子光学传感技术，其中利用纠缠源来提高对浸没在明亮热背景中的低反射率物体的检测。在这里，我们描述和分析一个系统，用于应用这种技术在微波频率，一个更合适的光谱区域的目标检测比光学，由于自然发生的明亮的热背景在微波政权。我们使用一个电光机械转换器纠缠微波信号和光闲频场，前者被发送到探测目标区域，后者被保留在源。然后，从目标区域收集的微波辐射被相位共轭并被上变频为光场，该光场在联合检测量子测量中与保留的闲频组合。这种微波量子照明系统，或量子雷达的错误概率，被证明是优于任何经典的微波雷达的相等的传输能量。
2015-02-16 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Relation between quantum illumination and quantum parameter estimation
本研究揭示量子照明的信噪比与量子参数估计的量子Fisher信息在目标探测中的内在关联，提供最优测量的操作准则，并将其应用于采用相干态与双模压缩真空态衍生非高斯态的目标探测协议。
2025-06-17 quant-ph
Microwave Quantum Illumination
量子照明是一种量子光学传感技术，其中利用纠缠源来提高对浸没在明亮热背景中的低反射率物体的检测。在这里，我们描述和分析一个系统，用于应用这种技术在微波频率，一个更合适的光谱区域的目标检测比光学，由于自然发生的明亮的热背景在微波政权。我们使用一个电光机械转换器纠缠微波信号和光闲频场，前者被发送到探测目标区域，后者被保留在源。然后，从目标区域收集的微波辐射被相位共轭并被上变频为光场，该光场在联合检测量子测量中与保留的闲频组合。这种微波量子照明系统，或量子雷达的错误概率，被证明是优于任何经典的微波雷达的相等的传输能量。
2015-02-28 cond-mat.other physics.ins-det physics.optics
Enhanced quantum illumination of a lossy target: A sequential interaction model
Indian Institute of Technology Ropar（印度理工学院罗帕尔分校）
研究在现实环境中量子照明对损失性目标的有效性，比较高斯双模压缩态与最优经典协议的性能，发现TMSS在低反射率目标下具有更高的SNR和更强的抗热噪声能力。
2026-07-23 quant-ph
Gaussian quantum estimation of the lossy parameter in a thermal environment
有耗玻色子通道在许多量子信息任务中起着重要的作用，因为它们在实验中很好地近似了热耗散。在这里，我们分别使用单模和双模高斯态作为探针，描述了它们在无空闲和纠缠辅助情况下的量子功率。在估计损耗参数的问题中，我们研究了能量约束的量子费舍尔信息（QFI）的一般温度和损耗参数制度，显示定性行为的最佳探针。我们半解析地表明，双模压缩真空状态优化QFI的任何值的损耗参数和温度。我们讨论了优化的{ \it总} QFI，其中探针的数量是允许通过保持总能量约束而变化。在这种情况下，我们阐明了“阴影效应”达到量子优势的作用。我们还考虑了环境的光子数归一化，广泛用于量子照明和量子读取协议的分析。通过这种归一化，我们证明了大带宽TMSV状态是任何参数值的最佳探针。这里，量子优势最多是$2$的因子，并且对于{ \it any}有损参数值在明亮环境情况下达到。最后，我们讨论了我们的结果的量子照明和量子读取应用的影响。
2022-02-28 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
Ghost imaging with non-Gaussian quantum light
两个光子之间的非局部点到点相关性已经被用来产生“鬼”图像，而无需将相机朝向物体。本文从理论上论证和分析了非高斯量子光在提高鬼像成像系统成像质量方面相对于传统高斯光源的优势。对于任意压缩度，对双模压缩光源进行非高斯光子加减运算，可以提高鬼像的信噪比。我们发现，使用非高斯相干操作，信噪比可以提升到一个很高的水平，即使在非常弱的压缩制度的惊人证据。由此产生的洞察力提供了使用非高斯光照明的量子成像的新实验配方。
2021-12-13 quant-ph
