論文の概要: First-photon target detection: Beating Nair's pure-loss performance
limit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.02952v2
- Date: Tue, 12 Jul 2022 14:11:06 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-06 09:30:19.833591
- Title: First-photon target detection: Beating Nair's pure-loss performance
limit
- Title（参考訳）: 1光子目標検出:Nairの純損失性能限界を破る
- Authors: Jeffrey H. Shapiro
- Abstract要約: ネアは、コヒーレント状態レーダーの誤差確率が、純損失(背景放射を含まない)チャネルの最高の量子性能の2倍の範囲内にあることを示した。
我々は、Nairの性能限界を回避し、打ち負かすために、ファーストフォトトンレーダ(FPR)を導入する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: In 2011, Nair published a no-go theorem for quantum radar target detection
[Phys. Rev. A {\bf 84}, 032312 (2011)]. He showed, under fairly general
assumptions, that a coherent-state radar's error probability was within a
factor of two of the best possible quantum performance for the pure-loss (no
background radiation) channel whose roundtrip radar-to-target-to-radar
transmissivity $\kappa$ satisfies $\kappa \ll 1$. We introduce first-photon
radars (FPRs) to circumvent and beat Nair's performance limit. FPRs transmit a
periodic sequence of pulses, each containing $N_S$ photons on average, and
perform ideal direct detection (photon counting at unit quantum efficiency and
no dark counts) on the returned radiation from each transmission until at least
one photon has been detected or a pre-set maximum of $M$ pulses has been
transmitted. They decide a target is present if and only if they detect one or
more photons. We consider both quantum (each transmitted pulse is a number
state) and classical (each transmitted pulse is a coherent state) FPRs, and we
show that their error-probability exponents are nearly identical when $\kappa
\ll 1$. With the additional assumption that $\kappa N_S \ll 1$, we find that
their advantage in error-probability exponent over Nair's performance limit
grows to 3 dB as $M \rightarrow \infty$. However, because FPRs'
pulse-repetition period must exceed the radar-to-target-to-radar propagation
delay, their use in standoff sensing of moving targets will likely employ
$\kappa N_S \sim 1$ and $M \sim 10$ and achieve ~2 dB advantage. Our work
constitutes a new no-go theorem for quantum radar target detection.
- Abstract（参考訳）: 2011年、nairは量子レーダーターゲット検出のためのno-go定理を発表した。
A {\displaystyle A} 84}, 032312 (2011)]
彼は、かなり一般的な仮定の下で、コヒーレント状態レーダの誤差確率は、ラウンドトリップレーダから目標からレーダーへの透過率$\kappa$が$\kappa \ll 1$を満たす純損失(背景放射なし)チャネルにとって最良の量子性能の2つに満たしていることを示した。
我々は、Nairの性能限界を回避し、打ち負かすために、ファーストフォトトンレーダ(FPR)を導入する。
FPRは、平均で$N_S$光子を含む周期的なパルス列を送信し、各送信から少なくとも1つの光子が検出されるか、またはM$パルスのプリセット最大値が送信されるまで、返射された放射線に対して理想的な直接検出(単位量子効率と暗カウントをカウントしない光子カウント)を行う。
1つ以上の光子を検出した場合にのみ、ターゲットが存在すると判断する。
我々は、量子(各送信パルスは数状態)と古典(各送信パルスはコヒーレント状態)の両方をFPRとみなし、その誤差確率指数が$\kappa \ll 1$とほぼ同一であることを示す。
さらに$\kappa N_S \ll 1$を仮定すると、Nairのパフォーマンス限界に対する誤差確率指数の利点は、$M \rightarrow \infty$として3dBに増加する。
しかし、fprsのパルス繰り返し期間はレーダーからレーダーへの伝播遅延を超える必要があるため、移動目標の待機センシングに使用されるには$\kappa n_s \sim 1$ と $m \sim 10$ を要し、約2dbの利点が得られる。
我々の研究は、量子レーダーターゲット検出のための新しいノーゴー定理を構成する。
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