論文の概要: General Signal Model and Capacity Limit for Rydberg Quantum Information System

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.23455v1
• Date: Mon, 30 Jun 2025 01:36:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-01 21:27:53.880733
• Title: General Signal Model and Capacity Limit for Rydberg Quantum Information System
• Title（参考訳）: Rydberg量子情報システムにおける一般信号モデルと容量限界
• Authors: Jieao Zhu, Linglong Dai,
• Abstract要約: Rydberg原子受信機は、高感度、ブロードバンド、無線周波数(RF)受信を実現するための変換アプローチである。 既存のRydberg原子レシーバーの静的信号モデルは、原子量子状態の定常的な仮定に依存している。 本稿では,Rydberg原子受信機の動的信号応答を閉形式で計算する一般モデルを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 24.361756515032546
• License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
• Abstract: Rydberg atomic receivers represent a transformative approach to achieving high-sensitivity, broadband, and miniaturized radio frequency (RF) reception. However, existing static signal models for Rydberg atomic receivers rely on the steady-state assumption of atomic quantum states, which cannot fully describe the signal reception process of dynamic signals. To fill in this gap, in this paper, we present a general model to compute the dynamic signal response of Rydberg atomic receivers in closed form. Specifically, by applying small-signal perturbation techniques to the quantum master equation, we derive closed-form Laplace domain transfer functions that characterize the receiver's dynamic responses to time-varying signal fields. To gain more insights into the quantum-based RF-photocurrent conversion process, we further introduce the concept of quantum transconductance that describes the quantum system as an equivalent classical system. By applying quantum transconductance, we quantify the influence of in-band blackbody radiation (BBR) noise on the atomic receiver sensitivity. Extensive simulations for Rydberg atomic receivers validate the proposed signal model, and demonstrate the possibility of quantum receivers to outperform classical electronic receivers through the improvement of quantum transconductance.
• Abstract（参考訳）: Rydberg 原子受信機は、高感度、ブロードバンド、小型無線周波数受信(RF)を実現するための変換アプローチである。 しかし、既存のRydberg原子受信機の静的信号モデルは、動的信号の信号受信過程を完全に記述できない原子量子状態の定常的な仮定に依存している。 本稿では,このギャップを埋めるために,Rydberg原子レシーバの動的信号応答を閉じた形で計算する一般モデルを提案する。 具体的には、量子マスター方程式に小信号摂動法を適用することにより、時間変化信号場に対する受信機の動的応答を特徴付ける閉形式のラプラスドメイン転送関数を導出する。 量子ベースのRF光電流変換プロセスについてより深い知見を得るため、量子系を等価古典系として記述する量子トランスコンダクタンスの概念をさらに導入する。 量子トランスコンダクタンスを適用することで、原子受信機感度に対する帯域内黒体放射(BBR)ノイズの影響を定量化する。 Rydberg原子レシーバーの大規模なシミュレーションは、提案された信号モデルを検証するとともに、量子トランスコンダクタンスの改善により、古典的な電子レシーバを上回る性能を示す。

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