量子照明

量子照明是一种目标探测的范式，它采用了信号电磁模式和空闲电磁模式之间的量子纠缠，以及这些模式的联合测量。

信号模式向一个空间区域传播，它要么丢失，要么反射，分别取决于目标是不存在还是存在。原则上，即使原始纠缠被有损和嘈杂的环境完全破坏，量子照明也是有益的。

许多量子信息应用，如量子传送、量子纠错和超密集编码，都依赖于纠缠。然而，纠缠是粒子间脆弱的量子特性，很容易被与环境相互作用产生的损耗和噪声所破坏，导致量子退相干。

因此，纠缠被认为是很难在有损失和有噪声的环境中使用。劳埃德、夏皮罗和合作者表明，即使纠缠本身可能无法存活，两个最初纠缠的系统之间的残余相关性仍然比任何初始经典状态所能提供的要高得多。

这意味着，在纠缠破坏的情况下，不应否定纠缠的使用。量子照明利用两个系统之间这种强于经典的剩余相关性，实现了比所有基于以可比功率水平传输经典状态的方案的性能增强。量子照明在极度有损和嘈杂的情况下特别有用。

量子照明的概念是由麻省理工学院的SethLloyd和合作者于2008年首次提出的。杰弗里-夏皮罗（JeffreyShapiro）和合作者提出了一个使用高斯态的量子照明的理论建议。

量子照明的基本设置是目标检测。在这里，发送者准备了两个纠缠的系统，称为信号和空闲者。

闲置器被保留，而信号被发送，以探测在一个具有明亮背景噪声的区域内是否存在一个低反射率的物体。然后，来自物体的反射与保留的闲置系统相结合，进行联合量子测量，提供两种可能的结果：物体存在或物体不存在。

更准确地说，探测过程重复多次，以便在接收器处收集许多对信号-惰轮系统，进行联合量子探测。该方案的优势在低能量下很明显，因为每个信号系统的平均光子数量非常低（1个光子或更少）。

在这种情况下，在固定的低能量下，检测目标的成功概率与经典检测方案相比有显著的改善，在这种情况下，纠缠没有被使用，信号系统被准备在相干状态（技术上，误差指数有6dB的改善）。

量子照明的一个关键特征是，在这个过程中，空闲系统和被反射的信号系统之间的纠缠是完全丧失的。然而，这两个系统（闲置者-反射信号）之间的剩余量子关联仍然很强，它们只能由初始系统（闲置者-信号）中存在的纠缠产生。

因为反射信号与保留的闲置系统是量子相关的，它可以在所有不相关的背景热光子中被区分出来，这些背景热光子也被探测器接收。由于系统的这种量子标记，量子照明的检测非常有效。

2015年，一个由StefanoPirandola协调的国际合作将量子照明的协议扩展到微波频率，从而提供了xxx个量子雷达的理论原型。在假设检验的贝叶斯设置中分析了最初的提议，其中对目标不存在或存在的假设分配了先验概率。

2017年，一篇研究论文在假设检验的Neyman-Pearson或不对称设置中分析了量子照明，这是量子雷达应用中感兴趣的一个设置。研究发现，量子照明的性能收益甚至比从。

2017年，庄群涛、张哲申和JeffreyShapiro提出了一个最佳接收器设计。量子照明也被扩展到了目标衰减的场景中。

2020年，RanjithNair和MileGu得出了量子照明的极限，允许任意数量的光模式与量子存储器纠缠，适用于所有水平的背景噪声。结果还显示，6分贝的改进是无法超越的--只有在非常大的背景噪声下才能实现。

2009年，有人提出了一个基于量子照明的安全通信方案。