論文の概要: Optical decoder learning for fiber communication at the quantum limit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.13693v1
- Date: Thu, 21 Dec 2023 09:40:52 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-12-22 15:29:48.180569
- Title: Optical decoder learning for fiber communication at the quantum limit
- Title（参考訳）: 量子限界におけるファイバー通信のための光デコーダ学習
- Authors: Matteo Rosati and Albert Solana
- Abstract要約: パラメタライズドフォトニック集積回路に基づく新しいJDR設計の体系的発見のための教師あり学習フレームワークを提案する。
光ファイバーと空間通信をモデル化した純損失ボソニックチャネルのためのコヒーレント状態符号を用いて本手法を実証する。
最大サイズ符号と小型メッセージ長のための光学JDR回路のセットアップを発見し,ビット復号率を最大3ドルで向上させる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Quantum information theory predicts that communication technology can be
enhanced by using quantum signals to transfer classical bits. In order to
fulfill this promise, the message-carrying signals must interact coherently at
the decoding stage via a joint-detection receiver (JDR), whose realization with
optical technologies remains an outstanding open problem to date.
We introduce a supervised-learning framework for the systematic discovery of
new JDR designs based on parametrized photonic integrated circuits. Our
framework relies on the synthesis of a training set comprising quantum
codewords and the corresponding classical message label; the codewords are
processed by the JDR circuit and, after photo-detection, produce a guess for
the label. The circuit parameters are then updated by minimizing a suitable
loss function, reaching an optimal JDR design for that specific architecture.
We showcase our method with coherent-state codes for the pure-loss bosonic
channel, modelling optical-fiber and space communication, with a circuit
architecture comprising linear optics, squeezing and threshold photo-detectors.
We train JDR circuits for several code families, varying energy and code-size.
We discover optical JDR circuit setups for maximum-size codes and small
message-length that offer up to a $3$-fold enhancement in the bit decoding rate
with respect to the optimal single-symbol receiver, and less than $7\%$-away
from the theoretically optimal decoder, for which an explicit design is missing
to date. Furthermore, the discovered receivers surpass previous JDR designs
both in terms of bit decoding and bit transmission rate.
Finally, we observe that the best-performing codes are those which can be
mapped, via the JDR's optical processing, to modulations with different energy
levels on different symbols, making the message symbols more distinguishabile
via photo-detection.
- Abstract（参考訳）: 量子情報理論は、量子信号を用いて古典ビットを転送することで通信技術を強化することができると予測する。
この約束を果たすためには、メッセージ転送信号は、光技術による実現が未だに未解決の問題であるジョイント検出受信機(JDR)を介して、復号段階でコヒーレントに相互作用する必要がある。
パラメタライズドフォトニック集積回路に基づく新しいJDR設計の体系的発見のための教師あり学習フレームワークを提案する。
我々のフレームワークは量子コードワードと対応する古典的メッセージラベルからなるトレーニングセットの合成に依存しており、コードワードはJDR回路で処理され、写真検出後、ラベルの推測を生成する。
回路パラメータは、適切な損失関数を最小化し、その特定のアーキテクチャに対して最適なJDR設計に達することで更新される。
光ファイバーと空間通信をモデル化し, 線形光学系, スクイーズ, しきい値光検出器からなる回路アーキテクチャを用いて, 純損失ボソニックチャネルのコヒーレント状態符号で示す。
我々はJDR回路を数種類のコードファミリに対してトレーニングする。
我々は、最大サイズ符号と最小メッセージ長の光jdr回路の設定を発見し、最適なシングルシンボリック受信機に対するビット復号率を最大3ドル程度向上させ、理論的に最適なデコーダからは7ドル以下で、明示的な設計が欠落している。
さらに、検出された受信機は、ビット復号化とビット伝送率の両方において、以前のJDR設計を上回る。
最後に、最高性能の符号はJDRの光学的処理を通して、異なるシンボル上の異なるエネルギーレベルを持つ変調にマッピングできるものであり、メッセージシンボルは光検出によりより区別しやすくする。
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