Квантовое освещение — это парадигма обнаружения целей, в которой используется квантовая запутанность между сигнальным электромагнитным режимом и холостым электромагнитным режимом, а также совместное измерение этих режимов. Режим сигнала распространяется в сторону области пространства и либо теряется, либо отражается, в зависимости от того, отсутствует или присутствует цель соответственно. В принципе, квантовое освещение может быть полезным, даже если исходная запутанность полностью разрушена окружением с потерями и шумом.
Многие приложения квантовой информации , такие как квантовая телепортация , [1] квантовая коррекция ошибок и сверхплотное кодирование , полагаются на запутанность. Однако запутанность является хрупким квантовым свойством между частицами и может быть легко разрушена потерями и шумом, возникающим при взаимодействии с окружающей средой, что приводит к квантовой декогерентности . Поэтому запутывание считается очень трудным для использования в среде с потерями и шумами.
Ллойд, Шапиро и их сотрудники показали, что даже если запутанность сама по себе может не сохраниться, остаточная корреляция между двумя изначально запутанными системами остается намного выше, чем могут обеспечить любые начальные классические состояния. Это означает, что использование запутывания не следует отбрасывать в сценариях, разрушающих запутанность.
Квантовое освещение использует эту более сильную, чем классическая, остаточная корреляция между двумя системами для достижения повышения производительности по сравнению со всеми схемами, основанными на передаче классических состояний с сопоставимыми уровнями мощности. Квантовое освещение особенно полезно в ситуациях с экстремальными потерями и шумом.
Концепция квантового освещения была впервые введена Сетом Ллойдом и его сотрудниками в Массачусетском технологическом институте в 2008 году. [2] [3] Теоретическое предложение для квантового освещения с использованием гауссовых состояний [4] было предложено Джеффри Шапиро и его сотрудниками. [3]
Базовой установкой квантового освещения является обнаружение цели. Здесь отправитель готовит две запутанные системы, называемые сигнальной и бездействующей. Холостой ход сохраняется, пока посылается сигнал для определения наличия объекта с низкой отражательной способностью в области с ярким фоновым шумом. Затем отражение от объекта объединяется с оставшейся системой холостого хода в совместном квантовом измерении, обеспечивающем два возможных результата: объект присутствует или объект отсутствует. Точнее, процесс зондирования повторяется много раз, так что в приемнике собирается множество пар систем сигнал-холостой ход для совместного квантового детектирования.