論文の概要: Quantum MIMO Channel Modeling in Turbulent Free-Space Optical Links
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.06931v1
- Date: Wed, 08 Apr 2026 10:43:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-09 17:30:51.480606
- Title: Quantum MIMO Channel Modeling in Turbulent Free-Space Optical Links
- Title（参考訳）: 乱流自由空間光リンクにおける量子MIMOチャネルモデリング
- Authors: Heyang Peng, Seid Koudia, Semih Oktay, Mert Bayraktar, Symeon Chatzinotas,
- Abstract要約: 我々は,3次元大気乱流による波動光学伝播から直接導かれる量子MIMOチャネルの第一原理モデルを開発した。
我々は、区別不可能な光子系と識別不能な光子系を区別し、区別不能が本質的に多体干渉効果をもたらすことを示す。
完全に正かつトレース保存された論理的記述を得るために,乱流による漏洩と光子損失がフラグ付き消去状態にマッピングされる消去拡張符号化を導入する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 35.10995887061051
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Free-space optical (FSO) links supporting spatial multiplexing provide a natural physical realization of Quantum MIMO channels. We develop a first-principles model for Quantum MIMO channels derived directly from wave-optical propagation through three-dimensional atmospheric turbulence. The framework explicitly accounts for intermodal crosstalk, finite detection apertures, and the system-bath separation induced by spatial-mode projection. We distinguish between distinguishable and indistinguishable photon regimes, showing that indistinguishability leads to intrinsically many-body interference effects described by matrix permanents. To obtain a completely positive and trace-preserving logical description, we introduce an erasure-extended encoding in which turbulence-induced leakage and photon loss are mapped to flagged erasure states. The resulting Quantum MIMO channel naturally reduces to a correlated n-qubit erasure channel, with correlations arising from the shared turbulent medium. Limiting regimes in which correlated Pauli channels emerge as effective approximations are also identified.
- Abstract（参考訳）: 空間多重化をサポートする自由空間光学(FSO)リンクは、量子MIMOチャネルの自然な物理実現を提供する。
我々は,3次元大気乱流による波動光学伝播から直接導かれる量子MIMOチャネルの第一原理モデルを開発した。
このフレームワークは、空間モード投影によって誘導される、モーダル間クロストーク、有限検出開口、システムバス分離を明示的に説明する。
我々は区別不可能な光子状態と識別不能な光子状態を区別し、非識別性は行列永久性によって本質的に多体干渉効果をもたらすことを示した。
完全に正かつトレース保存された論理的記述を得るために,乱流による漏洩と光子損失がフラグ付き消去状態にマッピングされる消去拡張符号化を導入する。
得られたQuantum MIMOチャネルは、共有乱流媒質から生じる相関関係により、自然にn-qubit消去チャネルに還元される。
相関するパウリチャネルが有効近似として現れる制限機構も同定される。
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