論文の概要: Quantum-Processing-Assisted Classical Communications

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.16461v1
• Date: Thu, 19 Jun 2025 16:57:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-23 19:00:05.177259
• Title: Quantum-Processing-Assisted Classical Communications
• Title（参考訳）: 量子プロセシングを利用した古典的コミュニケーション
• Authors: Kelly Werker Smith, Don Boroson, Saikat Guha, Johannes Borregaard,
• Abstract要約: 本稿では、レーザ光変調された古典的通信信号を量子プロセッサにマッピングする一般的な量子受信プロトコルについて述べる。 損失率$sim 2%$と量子ゲート誤差$sim 0.02%$の4量子ビットの小さな量子受信機は、弱い信号限界における通信レートの10ドル利得が得られることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6849746341453253
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We describe a general quantum receiver protocol that maps laser-light-modulated classical communications signals into quantum processors for decoding with quantum logic. The quantum logic enables joint quantum measurements over a codeword. These joint measurements are needed to achieve the quantum limit of communications capacity. Our receiver design requires only logarithmically increasing qubit resources with the size of the codeword and accommodates practically relevant coherent-state modulation containing multiple photons per pulse. Focusing on classical-quantum polar codes, we outline the necessary quality of quantum operations and codeword lengths to demonstrate a quantum processing-enhanced communications rate surpassing that of any known classical optical receiver-decoder pair. Specifically, we show that a small quantum receiver of 4 qubits with loss rates of $\sim 2\%$ and quantum gate errors of $\sim 0.02\%$ can provide a $10$ percent gain in the communications rate in the weak signal limit. Additionally, we outline a possible hardware implementation of the receiver based on efficient spin-photon interfaces such as cavity-coupled diamond color centers or atomic qubits for which the required functionality has been experimentally verified, although not at the required error levels.
• Abstract（参考訳）: 本稿では、レーザ光変調された古典的通信信号を量子論理で復号するための量子プロセッサにマッピングする一般的な量子受信プロトコルについて述べる。 量子論理は、コードワード上でのジョイント量子測定を可能にする。 これらの共同測定は、通信容量の量子限界を達成するために必要である。 我々の受信機設計では、符号語のサイズで量子ビット資源を対数的に増加させるだけで、パルス毎に複数の光子を含む実際に関連するコヒーレント状態変調が可能である。 古典的量子極性符号に着目し,量子処理による通信速度が既知の光レシーバとデコーダのペアを上回ることを示すために,量子演算と符号語長の要求品質を概説する。 具体的には、損失率$\sim 2\%$と量子ゲート誤差$\sim 0.02\%$の4量子ビットの小さな量子受信機は、弱い信号限界における通信レートの10ドル利得が得られることを示す。 さらに,キャビティ結合ダイヤモンド色中心や原子量子ビットなどの効率的なスピン光子インタフェースに基づく受信機のハードウェア実装について概説する。

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