Photonic Quantum Receiver Attaining the Helstrom Bound (2410.21800v1)
Abstract: We propose an efficient decomposition scheme for a quantum receiver that attains the Helstrom bound in the low-photon regime for discriminating binary coherent states. Our method, which avoids feedback as used in Dolinar's case, breaks down nonlinear operations into basic gates used in continuous-variable quantum computation. We account for realistic conditions by examining the impact of photon loss and imperfect photon detection, including the presence of dark counts, while presenting squeezing as a technique to mitigate these noise sources and maintain the advantage over SQL. Our scheme motivates testing quantum advantages with cubic-phase gates and designing photonic quantum computers to optimize symbol-by-symbol measurements in optical communication.
- C. W. Helstrom, Information and Control 10, 254 (1967).
- D. Sych and G. Leuchs, Phys. Rev. Lett. 117, 200501 (2016).
- M. Takeoka and M. Sasaki, Phys. Rev. A 78, 022320 (2008).
- R. Cook, P. Martin, and J. Geremia, Nature 446, 774 (2007).
- M. T. DiMario and F. E. Becerra, Phys. Rev. Lett. 121, 023603 (2018).
- R. Kennedy, MIT Res. Lab. Electron. Quart. Prog. Rep. 108, 219 (1973).
- S. J. Dolinar, MIT Res. Lab. Electron. Quart. Prog. Rep. 111, 115 (1973).
- M. Sasaki and O. Hirota, Phys. Rev. A 54, 2728 (1996).
- D. Gottesman, A. Kitaev, and J. Preskill, Phys. Rev. A 64, 012310 (2001).
- T. Kalajdzievski, C. Weedbrook, and P. Rebentrost, Phys. Rev. A 97, 062311 (2018).
- N. Budinger, A. Furusawa, and P. van Loock, Phys. Rev. Res. 6, 023332 (2024).
- S. Lloyd and S. L. Braunstein, Phys. Rev. Lett. 82, 1784 (1999).
- S. Sefi and P. van Loock, Phys. Rev. Lett. 107, 170501 (2011).
- T. Kalajdzievski and J. M. Arrazola, Phys. Rev. A 99, 022341 (2019).
- T. Kalajdzievski and N. Quesada, Quantum 5, 394 (2021).
- J. Geremia, Phys. Rev. A 70, 062303 (2004).
- S. Guha, Phys. Rev. Lett. 106, 240502 (2011).
- S. Lloyd, V. Giovannetti, and L. Maccone, Phys. Rev. Lett. 106, 250501 (2011).
- M. Takeoka and S. Guha, Phys. Rev. A 89, 042309 (2014).
- J. Moran, S. Kechrimparis, and H. Kwon, arXiv:2409.08032v1 (2024).
Sponsor
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.