論文の概要: Design and Optimization of Adaptive Diversity Schemes in Quantum MIMO Channels

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.15563v1
• Date: Wed, 19 Nov 2025 15:58:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-20 15:51:28.881883
• Title: Design and Optimization of Adaptive Diversity Schemes in Quantum MIMO Channels
• Title（参考訳）: 量子MIMOチャネルにおける適応的多様性スキームの設計と最適化
• Authors: Shehbaz Tariq, Symeon Chatzinotas,
• Abstract要約: 本研究では、送信機における普遍的非対称クローニングと受信機における確率的浄化に基づく離散変数QuMIMOシステムの適応的多様性戦略について検討する。 その結果,提案手法はクロストークに支配された設定において有意な忠実性向上をもたらし,チャネル対称性やチャネル条件に自動的に適応することがわかった。 この研究は、将来のQuMIMOシステムの設計ガイドラインを提供し、より高度な伝送および復号戦略のための堅牢なベースラインを確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 45.812053169933705
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: As quantum networks evolve toward a full quantum Internet, reliable transmission in quantum multiple-input multiple-output (QuMIMO) settings becomes essential, yet remains difficult due to noise, crosstalk, and the mixing of quantum information across subchannels. To improve reliability in such settings, we study an adaptive diversity strategy for discrete-variable QuMIMO systems based on universal asymmetric cloning at the transmitter and probabilistic purification at the receiver. An input qubit is encoded into M approximate clones, transmitted over an N x N multi-mode quantum channel, and recovered through a purification map optimized using available channel state information (CSI). For the given cloning asymmetry parameters, we derive an eigenvalue-based expression for the decoder-optimal end-to-end fidelity in the form of a generalized Rayleigh quotient, which enables efficient tuning of the cloner without iterative optimization. As a design choice, we employ semidefinite program (SDP) to construct the purification map for only a targeted success probability p. This numerical framework is used to study fixed-noise, dimension-scaling noise, and stochastic depolarization regimes. A cloning asymmetry index is introduced to quantify the distribution of quantum information across the multiple subchannels across these operating conditions. The results show that the proposed scheme yields significant fidelity gains in crosstalk-dominated settings and automatically adapts to channel symmetry and channel conditions. This work provides design guidelines for future QuMIMO systems and establishes a robust baseline for more advanced transmission and decoding strategies.
• Abstract（参考訳）: 量子ネットワークが完全な量子インターネットへと進化するにつれて、量子マルチインプット多重出力(QuMIMO)設定における信頼性の高い伝送が不可欠になるが、ノイズ、クロストーク、サブチャネル間の量子情報の混合が困難である。 このような環境での信頼性を向上させるため,送信機における普遍的非対称クローニングと受信機における確率的浄化に基づく離散可変QuMIMOシステムの適応的多様性戦略について検討した。 入力キュービットは、M近似クローンに符号化され、NxN多モード量子チャネルを介して送信され、利用可能なチャネル状態情報(CSI)を用いて最適化された浄化マップを介して復元される。 与えられたクローン非対称性パラメータに対して、一般化されたレイリー商の形でデコーダ-最適終端忠実度を固有値ベースで表現し、反復的最適化なしにクローンの効率的なチューニングを可能にする。 設計上の選択として、準定値プログラム(SDP)を用いて、目的とする成功確率pのみの浄化マップを構築する。 この数値的枠組みは、固定ノイズ、次元スケーリングノイズ、確率的偏極状態の研究に使用される。 クローン非対称性指数を導入し、これらの操作条件をまたいだ複数のサブチャネルにわたる量子情報の分布を定量化する。 その結果,提案手法はクロストークに支配された設定において有意な忠実性向上をもたらし,チャネル対称性やチャネル条件に自動的に適応することを示した。 この研究は、将来のQuMIMOシステムの設計ガイドラインを提供し、より高度な伝送および復号戦略のための堅牢なベースラインを確立する。

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