用于增强瑞利衰落目标检测的量子照明

量子照明是一种纠缠增强的传感系统，即使在被损耗和噪声破坏的纠缠破坏场景中使用，其性能优势相较于可比的经典系统依然存在。具体而言，在区分目标存在与否的等概率假设时，量子照明的错误概率指数比使用相同发射功率的最优经典系统高 6 dB。然而，这一性能优势假定目标回波（当其存在时）具有已知的振幅和相位，这种情况在激光雷达应用中很少出现。在激光雷达波长下，大多数目标表面足够粗糙，以至于其回波呈散斑状，即它们具有瑞利分布的振幅和均匀分布的相位。量子照明的光参量放大接收机——对于具有已知振幅和相位的回波提供比经典系统好 3 dB 的错误概率指数——对于瑞利衰落目标无法提供任何性能增益。我们表明，和频生成接收机 [Phys. Rev. Lett. 118, 040801 (2017)]——其在非衰落目标下的错误概率指数实现了比最优经典操作高 6 dB 的量子照明全部优势——在瑞利衰落目标下优于经典系统。在这种情况下，量子照明的优势是次指数级的：当 $M\bar{\kappa}N_S/N_B \gg 1$ 时，其错误概率比经典系统低 $1/\ln(M\bar{\kappa}N_S/N_B)$ 倍，其中 $M\gg 1$ 是量子照明发射机的时间带宽积，$N_S \ll 1$ 是其亮度，$\bar{\kappa}$ 是目标的平均反射率，$N_B$ 是背景光的亮度。