Análisis de rendimiento para la iluminación cuántica de estado de Bell de alta dimensión
Autores: Shapiro, Jeffrey H.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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La iluminación cuántica (QI) es un protocolo basado en el entrelazamiento para mejorar la detección de LiDAR/radar de objetivos no resueltos más allá de lo que un LiDAR/radar clásico con la misma energía promedio transmitida puede hacer. Propuesto originalmente por Seth Lloyd como un LiDAR cuántico de variable discreta, pronto se demostró que su propuesta no ofrecía ninguna ventaja cuántica sobre su mejor competidor clásico. Se ha demostrado que el QI de variable continua, específicamente el de estado gaussiano, ofrece una verdadera ventaja cuántica, tanto en teoría como en experimentos de mesa. Además, a pesar de sus considerables desventajas, la versión de microondas del QI de estado gaussiano sigue atrayendo la atención de la investigación. Sin embargo, un estudio reciente de QI por Armanpreet Pannu, Amr Helmy y Hesham El Gamal (PHE) ha: (i) combinado el estado entrelazado del QI de Lloyd con los modelos de canal del QI de estado gaussiano; (ii) propuesto una nueva medición de operador positivo para esa configuración compuesta; y (iii) afirmado que, a diferencia del QI de estado gaussiano, el QI de PHE alcanza el límite inferior de Nair-Gu sobre la probabilidad de error de detección de objetivos en todos los niveles de ruido. El análisis de PHE fue asintótico, es decir, presumió un entrelazamiento de dimensión infinita. El presente artículo desarrolla el rendimiento de dimensión finita del QI de PHE. Muestra que hay un valor umbral para la dimensionalidad del estado entrelazado por debajo del cual no hay ventaja cuántica, y por encima del cual se aproxima asintóticamente al límite de Nair-Gu. Además, con ambos sistemas operando con exponentes de probabilidad de error 1 dB por debajo del límite de Nair-Gu, el QI de PHE requiere una dimensionalidad de estado entrelazado enormemente mayor que el QI de estado gaussiano para lograr probabilidades de error útiles tanto en ruido de alta luminosidad (100 fotones/modo) como en ruido de luminosidad moderada (1 fotón/modo). Además, ninguno de los sistemas tiene una ventaja cuántica apreciable en ruido de baja luminosidad (mucho menos de 1 fotón/modo).
Descripción
La iluminación cuántica (QI) es un protocolo basado en el entrelazamiento para mejorar la detección de LiDAR/radar de objetivos no resueltos más allá de lo que un LiDAR/radar clásico con la misma energía promedio transmitida puede hacer. Propuesto originalmente por Seth Lloyd como un LiDAR cuántico de variable discreta, pronto se demostró que su propuesta no ofrecía ninguna ventaja cuántica sobre su mejor competidor clásico. Se ha demostrado que el QI de variable continua, específicamente el de estado gaussiano, ofrece una verdadera ventaja cuántica, tanto en teoría como en experimentos de mesa. Además, a pesar de sus considerables desventajas, la versión de microondas del QI de estado gaussiano sigue atrayendo la atención de la investigación. Sin embargo, un estudio reciente de QI por Armanpreet Pannu, Amr Helmy y Hesham El Gamal (PHE) ha: (i) combinado el estado entrelazado del QI de Lloyd con los modelos de canal del QI de estado gaussiano; (ii) propuesto una nueva medición de operador positivo para esa configuración compuesta; y (iii) afirmado que, a diferencia del QI de estado gaussiano, el QI de PHE alcanza el límite inferior de Nair-Gu sobre la probabilidad de error de detección de objetivos en todos los niveles de ruido. El análisis de PHE fue asintótico, es decir, presumió un entrelazamiento de dimensión infinita. El presente artículo desarrolla el rendimiento de dimensión finita del QI de PHE. Muestra que hay un valor umbral para la dimensionalidad del estado entrelazado por debajo del cual no hay ventaja cuántica, y por encima del cual se aproxima asintóticamente al límite de Nair-Gu. Además, con ambos sistemas operando con exponentes de probabilidad de error 1 dB por debajo del límite de Nair-Gu, el QI de PHE requiere una dimensionalidad de estado entrelazado enormemente mayor que el QI de estado gaussiano para lograr probabilidades de error útiles tanto en ruido de alta luminosidad (100 fotones/modo) como en ruido de luminosidad moderada (1 fotón/modo). Además, ninguno de los sistemas tiene una ventaja cuántica apreciable en ruido de baja luminosidad (mucho menos de 1 fotón/modo).