論文の概要: Rydberg Atomic Quantum MIMO Receivers for The Multi-User Uplink

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.01355v1
• Date: Mon, 02 Jun 2025 06:16:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-05 01:42:09.281282
• Title: Rydberg Atomic Quantum MIMO Receivers for The Multi-User Uplink
• Title（参考訳）: マルチユーザアップリンクのためのRydberg原子量子MIMO受信器
• Authors: Tierui Gong, Chau Yuen, Chong Meng Samson See, Mérouane Debbah, Lajos Hanzo,
• Abstract要約: 本稿では,マルチユーザアップリンクにおけるRydberg原子量子多重出力多重出力(RAQ-MIMO)レシーバの柔軟なアーキテクチャを提案する。 RAQ-MIMOシステムの対応する信号モデルは、量子物理学から無線通信への道を開いたものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 77.32323151235285
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Rydberg atomic quantum receivers (RAQRs) have emerged as a promising solution for evolving wireless receivers from the classical to the quantum domain. To further unleash their great potential in wireless communications, we propose a flexible architecture for Rydberg atomic quantum multiple-input multiple-output (RAQ-MIMO) receivers in the multi-user uplink. Then the corresponding signal model of the RAQ-MIMO system is constructed by paving the way from quantum physics to classical wireless communications. Explicitly, we outline the associated operating principles and transmission flow. We also validate the linearity of our model and its feasible region. Based on our model, we derive closed-form asymptotic formulas for the ergodic achievable rate (EAR) of both the maximum-ratio combining (MRC) and zero-forcing (ZF) receivers operating in uncorrelated fading channels (UFC) and the correlated fading channels (CFC), respectively. Furthermore, we theoretically characterize the EAR difference both between the UFC and CFC scenarios, as well as MRC and ZF schemes. More particularly, we quantify the superiority of RAQ-MIMO receivers over the classical massive MIMO (M-MIMO) receivers, specifying an increase of $\log_{2} \Pi$ of the EAR per user, $\Pi$-fold reduction of the users' transmit power, and $\sqrt[\nu]{\Pi}$-fold increase of the transmission distance, respectively, where $\Pi = \text{ReceiverGainRatio} / \text{ReceiverNoisePowerRatio}$ of the single-sensor receivers and $\nu$ is the path-loss exponent. Our simulation results reveal that, compared to classical M-MIMO receivers, our RAQ-MIMO scheme can either realize $\sim 12$ bits/s/Hz/user ($\sim 8$ bits/s/Hz/user) higher EAR, or $\sim 10000$-fold ($\sim 500$-fold) lower transmit power, or alternatively, $\sim 100$-fold ($\sim 21$-fold) longer distance in free-space transmissions, in the standard quantum limit (photon shot limit).
• Abstract（参考訳）: ライドバーグ原子量子受信機(RAQR)は、古典から量子領域へ無線受信機を進化させるための有望な解決策として登場した。 無線通信におけるその大きな可能性をさらに解き放つために,マルチユーザアップリンクにおけるRydberg原子量子多重出力多重出力(RAQ-MIMO)レシーバの柔軟なアーキテクチャを提案する。 そして、量子物理学から古典的無線通信への道を切り開くことにより、RAQ-MIMOシステムの対応する信号モデルを構築する。 具体的には、関連する運用原則と送信フローについて概説する。 また、モデルとその実現可能な領域の線形性を検証する。 本モデルに基づいて,非相関フェーディングチャネル (UFC) と相関フェーディングチャネル (CFC) で動作する最大比結合 (MRC) とゼロ強制 (ZF) の両方のエルゴード到達率 (EAR) の閉形式漸近式を導出した。 さらに,UFCシナリオとCFCシナリオの相違点と,MRCおよびZFスキームの相違点を理論的に特徴付ける。 特に、従来のMIMO(M-MIMO)受信機よりもRAQ-MIMO受信機の方が優れていることを定量化し、ユーザ当たりのEARの$\log_{2} \Pi$、ユーザの送信電力の$\Pi$-fold削減、$\sqrt[\nu]{\Pi}$-fold増加を指定し、$\Pi = \text{ReceiverGainRatio} / \text{ReceiverNoisePowerRatio} 単一センサ受信機では$\nu$がパスロス指数である。 我々のシミュレーション結果によると、従来のM-MIMO受信機と比較して、RAQ-MIMO方式は、標準量子限界(フォトショット限界)において、より高出力のEARを$\sim 12$ bits/s/Hz/user(\sim 8$ bits/s/Hz/user)または$\sim 10000$-fold(\sim 500$-fold)低い送信電力を$\sim 100$-fold(\sim 21$-fold)長距離で実現できる。

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