論文の概要: Multi-Shot Quantum Sensing for RF Signal Detection with MIMO Rydberg-Atom Receivers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.05913v1
• Date: Fri, 06 Mar 2026 05:06:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-09 13:17:45.09965
• Title: Multi-Shot Quantum Sensing for RF Signal Detection with MIMO Rydberg-Atom Receivers
• Title（参考訳）: MIMORydberg-Atom受信機を用いたRF信号検出のためのマルチショット量子センシング
• Authors: Saman Atapattu, Harini Hapuarachchi, Nathan Ross,
• Abstract要約: ライドバーグ原子量子受信機は、量子ノイズに制限された性能で電界センシングを可能にする。 光学的読み出しは、大きさの計測のみを提供する。 非ガウス的位相ブラインド測定は古典的な単発RF検出器を無効にする。 この研究は、RAQRの物理的に一貫したマルチショット統計モデルを開発する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.7553659272712188
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Rydberg-atom quantum receivers (RAQRs) enable electric-field sensing with quantum-noise-limited performance, yet their optical readout provides only magnitude measurements whose fluctuations follow Rician statistics governed by atomic projection noise, optical shot noise, reference-field injection, and short coherence times. These non-Gaussian, phase-blind measurements invalidate classical single-shot RF detectors and necessitate multi-shot quantum sensing strategies. This work develops a physically consistent multi-shot statistical model for RAQRs and derives both the optimal genie-aided likelihood-ratio test (LRT) and a practical phase-averaged LRT that removes dependence on the unknown RF-field phase. Closed-form test statistics and thresholds are obtained for both detectors, and the limits imposed by finite quantum shots-due to atomic dephasing and measurement backaction-are explicitly quantified. A fully non-coherent energy detector is also analysed, with exact detection probability derived using noncentral chi-square models. Monte Carlo results show that only 5-10 quantum shots yield major gains: the phase-averaged LRT closely approaches the genie bound and RAQR detection markedly outperforms classical RF energy detection under comparable received power. The proposed framework provides the first unified statistical basis for multi-shot Rydberg-based weak-field detection and underscores the potential of RAQRs for quantum-enhanced signal detection.
• Abstract（参考訳）: ライドバーグ原子量子受信機(RAQR)は、量子ノイズに制限された性能で電界センシングを可能にするが、その光学的読み出しは、原子射影ノイズ、光学的ショットノイズ、基準場注入、短コヒーレンス時間によって支配されるリキアン統計に従属するマグニチュードのみを提供する。 これらの非ガウス的位相盲測定は、古典的な単発RF検出器を無効化し、マルチショット量子センシング戦略を必要とする。 本研究は、RAQRの物理的に一貫したマルチショット統計モデルを開発し、最適ゲニー支援可能性比検定(LRT)と、未知のRFフィールド位相への依存を除去する実用相平均LRTの両方を導出する。 両検出器のクローズドフォーム試験統計としきい値が得られ、原子デファス化と測定バックアクションによる有限量子ショットによる制限は明示的に定量化される。 完全に非コヒーレントなエネルギー検出器も解析され、非中央のカイ二乗モデルを用いて正確な検出確率が導かれる。 位相平均LRTは、ジェニー境界に近づき、RAQR検出は、同等の受信電力の下で古典的なRFエネルギー検出よりも著しく優れる。 提案フレームワークは、マルチショットのRydbergベースの弱場検出のための最初の統一的な統計基盤を提供し、量子強調信号検出のためのRAQRの可能性を強調する。

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