論文の概要: Geometric Resilience of Quantum LiDAR in Turbulent Media: A Wasserstein Distance Approach
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.24280v1
- Date: Fri, 27 Feb 2026 18:51:41 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-02 19:48:24.573351
- Title: Geometric Resilience of Quantum LiDAR in Turbulent Media: A Wasserstein Distance Approach
- Title（参考訳）: 乱流媒質中における量子LiDARの幾何学的レジリエンス:ワッサーシュタイン距離法
- Authors: Arnaud Coatanhay, Angélique Drémeau,
- Abstract要約: 量子エンハンスなLiDARは、圧縮された光の状態を利用して、古典的なプロトコルよりも大きな感度向上を約束する。
高い光学損失と大気の乱れを特徴とする現実的なシナリオでは、量子忠実度や量子チャーノフ境界といった標準的なメリットの数値は急速に飽和する。
本稿では、損失量子センシングのためのロバストな幾何学的計量として、位数2の量子ワッサーシュタイン距離を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.3668775313689965
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum-enhanced LiDAR, exploiting squeezed states of light, promises significant sensitivity gains over classical protocols. However, in realistic scenarios characterized by high optical losses and atmospheric turbulence, standard figures of merit, such as quantum fidelity or the quantum Chernoff bound, saturate rapidly, failing to provide a usable gradient for system optimization. In this work, we propose the Quantum Wasserstein Distance of order 2 ($W_2$) as a robust geometric metric for lossy quantum sensing. Unlike overlap-based measures, $W_2$ quantifies the transport cost in phase space and maintains a linear response to channel transmissivity, even in regimes where the quantum state is virtually indistinguishable from thermal noise. We derive an analytical threshold for the quantum advantage, demonstrating that squeezing is only beneficial when the transmissivity exceeds a critical value determined by the environmental noise-to-signal ratio. Furthermore, using Monte-Carlo simulations of a fading channel, we show that $W_2$ acts as a high-fidelity estimator of instantaneous link quality, exhibiting a wide dynamic range immune to the numerical instabilities of fidelity-based metrics. This geometric framework bridges the gap between quantum optimal transport and practical receiver design, paving the way for adaptive sensing in scattering media.
- Abstract（参考訳）: 量子エンハンスなLiDARは、圧縮された光の状態を利用して、古典的なプロトコルよりも大きな感度向上を約束する。
しかし、高い光学損失と大気の乱流を特徴とする現実的なシナリオでは、量子フィデリティや量子チャーノフ境界のような標準的なメリットの数値は急速に飽和し、システムの最適化に使用可能な勾配を提供しない。
本研究では、損失量子センシングのためのロバストな幾何学的計量として、量子ワッサーシュタイン距離2(W_2$)を提案する。
重なり合いに基づく測度とは異なり、$W_2$は相空間における輸送コストを定量化し、量子状態が熱雑音とほぼ区別できない状態であっても、チャネル透過率に対する線形応答を維持する。
本研究では, 環境騒音-信号比によって決定される臨界値を超えた場合にのみ, スクイーズが有効であることを示す。
さらに,フェージングチャネルのモンテカルロシミュレーションを用いて,$W_2$が瞬時リンク品質の高忠実度推定器として機能し,忠実度に基づく測定値の数値的不安定性に対して広い動的範囲の免疫力を示すことを示した。
この幾何学的枠組みは、量子最適輸送と実用的な受信機設計のギャップを埋め、散乱媒体における適応センシングの道を開く。
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