論文の概要: Photon information efficiency limits in deep-space optical communications
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.13161v1
- Date: Mon, 17 Mar 2025 13:34:49 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-18 12:29:30.102770
- Title: Photon information efficiency limits in deep-space optical communications
- Title（参考訳）: 深宇宙光通信における光子情報効率限界
- Authors: M. Jarzyna, L. Kunz, W. Zwolinski, M. Jachura, K. Banaszek,
- Abstract要約: フォトン情報効率(英: Photon Information efficiency、PIE)は、深宇宙のシナリオで達成可能なデータレートを特徴づける利点の1つである。
我々はパルス位置変調(PPM)のようなスケーラブルな変調フォーマットを仮定する理論的なPIE制限についてレビューする。
実際のPIE制限は、受信機に実装されたノイズ除去機構の有効性に依存する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: Deep-space optical communication links operate under severely limited signal power, approaching the photon-starved regime which requires a receiver capable of measuring individual incoming photons. This makes the photon information efficiency (PIE), i.e. the number of bits that can be retrieved from a single received photon, a relevant figure of merit to characterize data rates achievable in deep-space scenarios. Here we review theoretical PIE limits assuming a scalable modulation format, such as pulse position modulation (PPM), combined with a photon counting direct detection receiver. For unrestricted signal bandwidth, the attainable PIE is effectively limited by the background noise acquired by the propagating optical signal. The actual PIE limit depends on the effectiveness of the noise rejection mechanism implemented at the receiver, which can be improved by the nonlinear optical technique of quantum pulse gating. Further enhancement is possible by resorting to photon number resolved detection, which improves discrimination of PPM pulses against weak background noise. The results are compared with the ultimate quantum mechanical PIE limit implied by the Gordon-Holevo capacity bound, which takes into account general modulation formats as well as any physically permitted measurement techniques.
- Abstract（参考訳）: 深宇宙光通信リンクは信号パワーが極めて限られており、個々の光子を計測できる受信機を必要とする光子スターベッド状態に近づいた。
これにより、光子情報効率(PIE)、すなわち、受信した1つの光子から取得できるビットの数を、深宇宙のシナリオで達成可能なデータレートを特徴づける重要な指標とする。
本稿では、パルス位置変調(PPM)や光子計数直接検出受信器など、スケーラブルな変調フォーマットを前提とした理論的なPIE制限について述べる。
制限のない信号帯域については、伝搬光信号によって取得された背景雑音により、達成可能なPIEを効果的に制限する。
実際のPIE制限は、受信機に実装されたノイズ除去機構の有効性に依存し、量子パルスゲーティングの非線形光学技術によって改善できる。
PPMパルスの弱い背景雑音に対する識別を改善するために、光子数解決検出を利用することにより、さらなる増強が可能となる。
結果は、一般的な変調形式と物理的に許容される測定手法を考慮に入れたゴードン・ホレボ容量境界による究極の量子力学的PIE限界と比較される。
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