基于率失真理论的光学计量学基本量子极限
量子物理
2018-09-24 v2
摘要
我们在贝叶斯框架下推导了光学计量与通信系统性能的基本下界。该推导将经典率失真理论与系统设计所规定的各种光学信道传输经典信息容量的界相结合。这些界以系统参数、参数的先验概率分布以及探针态的平均能量（即光子数）来表示。对于相位估计，这些界涉及结合了相位循环特性的循环均方误差准则。在无光学损耗的情况下，我们的界适用于多模线性相位调制方案（包括辅助态辅助方案），以及单模上的非线性调制。这些界展示了循环均方误差相对于的逆二次海森堡极限标度。在存在任意有限损耗的情况下，我们推导出了具有标准量子极限(SQL)标度的辅助态辅助相位估计的下界，并表明该界与相干态探针的类似界几乎没有差异。对于涉及单光学模的系统，我们还获得了估计任意经典参数的均方误差下界，以及在平均能量约束下任意元通信系统的平均错误概率下界。这些界对任意量子测量有效，适用于任意先验概率分布，且不依赖于无偏假设。
引用
@article{arxiv.1204.3761,
title = {Fundamental quantum limits in optical metrology from rate-distortion theory},
author = {Ranjith Nair},
journal= {arXiv preprint arXiv:1204.3761},
year = {2018}
}
备注
15 pages, 6 figures; approximates published version. Improved presentation, updated references and added new results on multimode multipass phase estimation, $M$-ary optical communication, and general single-mode estimation. The bounds for phase estimation are now in terms of the cyclic mean squared error criterion