具有一般高斯接收机的损耗与噪声下光通信容量

激光（相干态）调制足以实现有损和噪声光信道上经典通信的极限（Holevo）容量，但需要一个接收机来联合检测长调制码字，这需要高度非线性的量子操作，利用现有技术几乎无法实现。我们分析了当发射机使用相干态调制，而接收机被限制为一般量子限制高斯接收机时的有损噪声光信道容量，即该接收机可能包含高斯操作（无源线性光学：分束器和移相器，二阶非线性光学（或有源线性光学）：压缩器，以及 homodyne 或 heterodyne 检测测量）的任意组合以及接收机内的任意量经典前馈。在这些假设下，我们表明达到最大互信息的高斯接收机是 homodyne 检测、heterodyne 检测或两者之间的时分复用，具体取决于接收功率水平。换言之，我们的结果表明，要超越传统相干光通信的理论极限，必须在接收机中引入非高斯操作，即三阶或更高阶的非线性操作。最后，我们将高斯接收机极限与实验上可行的非高斯接收机进行比较，并表明在低接收光子通量区域，有可能通过基于光子计数的相对简单的非高斯接收机来克服高斯接收机极限。