实现任意激光脉冲集的最小误差判别

激光广泛应用于通信和传感领域，因此对相干态（即激光发射的光量子态）进行最优判别具有巨大的实际意义。然而，量子力学对不同相干态的可区分性施加了根本限制，即使使用完美探测器，这种判别也只能达到有限的最低错误概率。传统的光学接收机导致的错误率远高于这一根本极限，而 Dolinar 发现了一种涉及光学反馈和光子计数的显式接收机设计，能够实现对任意两个给定相干态的最小错误概率判别。将此构造推广到更大的相干态集合已被证明极具挑战性，这表明基于线性光学的自适应测量策略可能存在固有局限。在本文中，我们展示了如何利用资源高效的量子计算机实现对任意相干态集合的最优判别。我们的构造利用了关于判别多副本量子假设的最新结果（arXiv:1201.6625）以及相干态的性质。此外，我们的构造具有可重用性、可组合性，并适用于设计相干态信号的量子极限处理，以优化任意选定的度量指标。作为说明性示例，我们分析了判别三元字母表的性能，并展示了为判别二元字母表设计的接收机量子电路如何重用于判别多模假设。最后，我们表明我们的结果可用于在有损光信道上实现经典信息传输速率的量子极限，已知该极限超过所有传统光学接收机的 Shannon 速率。