論文の概要: Demonstration of quantum advantage by a joint detection receiver for
optical communications using quantum belief propagation on a trapped-ion
device
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2102.13052v1
- Date: Thu, 25 Feb 2021 18:05:31 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-09 22:41:36.893742
- Title: Demonstration of quantum advantage by a joint detection receiver for
optical communications using quantum belief propagation on a trapped-ion
device
- Title（参考訳）: 捕捉イオンデバイス上での量子確信伝播を用いた光通信用共同検出受信機による量子優位の実証
- Authors: Conor Delaney, Kaushik P. Seshadreesan, Ian MacCormack, Alexey Galda,
Saikat Guha, and Prineha Narang
- Abstract要約: 本稿では,3ビット線形ツリー符号の2相シフトキーコードワードに対する量子ジョイント検出器の実験的検討を行う。
量子回路に変換された受信機は、トラップイオンデバイスに実験的に実装された。
最小平均復号誤差確率の量子限界を超える実験的なフレームワークを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7758302353877525
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Demonstrations of quantum advantage have largely focused on computational
speedups and on quantum simulation of many-body physics, limited by fidelity
and capability of current devices. Discriminating laser-pulse-modulated
classical-communication codewords at the minimum allowable probability of error
using universal-quantum processing presents a promising parallel direction, one
that is of both fundamental importance in quantum state discrimination, as well
as of technological relevance in deep-space laser communications. Here we
present an experimental realization of a quantum joint detection receiver for
binary phase shift keying modulated codewords of a 3-bit linear tree code using
a recently-proposed quantum algorithm: belief propagation with quantum
messages. The receiver, translated to a quantum circuit, was experimentally
implemented on a trapped-ion device -- the recently released Honeywell LT-1.0
system using ${}^{171}Yb+ $ ions, which possesses all-to-all connectivity and
mid-circuit measurement capabilities that are essential to this demonstration.
We conclusively realize a previously postulated but hitherto not-demonstrated
joint quantum detection scheme, and provide an experimental framework that
surpasses the quantum limit on the minimum average decoding error probability
associated with pulse-by-pulse detection in the low mean photon number limit.
The full joint-detection scheme bridges across photonic and trapped-ion based
quantum information science, mapping the photonic coherent states of the
modulation alphabet onto inner product-preserving states of single-ion qubits.
Looking ahead, our work opens new avenues in hybrid realizations of
quantum-enhanced receivers with applications in astronomy and emerging
space-based platforms.
- Abstract（参考訳）: 量子アドバンテージの実証は主に計算のスピードアップと多体物理学の量子シミュレーションに焦点が当てられ、現在のデバイスの信頼性と能力によって制限されている。
普遍量子処理による誤差の最小許容確率でレーザーパルス変調古典通信符号語を識別することは、有望な平行方向を示し、量子状態の識別において基本的な重要性と深宇宙レーザー通信における技術的関連性の両方を持つ。
本稿では,最近提案されている量子アルゴリズムを用いた3ビット線形木符号の変調符号語を2進位相シフトキーとする量子ジョイント検出受信器を実験的に実現する。
最近リリースされたHoneywell LT-1.0システムでは、${}^{171}Yb+ $ ionを使用しており、このデモに不可欠な全接続性と中間回路計測機能を備えている。
提案手法は, 予め定式化されているが非定型量子検出方式であり, 低平均光子数限界におけるパルス・バイ・パルス検出に関連する最小平均復号誤差確率の量子限界を超過する実験フレームワークを提供する。
完全な合同検出スキームはフォトニックおよびトラップイオンベースの量子情報科学を橋渡し、変調アルファベットのフォトニックコヒーレント状態を単一イオン量子ビットの内部積保存状態にマッピングする。
今後、我々の研究は、天文学や宇宙ベースのプラットフォームに応用された量子強化レシーバーのハイブリッド実現の新たな道を開く。
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