要旨 量子イリュミネーションは、ステルス機のような低反射率のターゲットを、高バックグラウンド雑音環境で検出するための理論的経路として提案されている。古典レーダー性能が劣化する状況である。元来の定式化（Lloyd, 2008; Tan et al., 2008）では、連続変数エンタングル光（二モード絞り出し真空）と、位相に感度をもつ特定のジョイント受信機を用いて、エンタングルメント自体が損失・雑音のあるチャネルを往復しても生き残らないにもかかわらず、整合エネルギーの古典的イリュミネーションに対する理論上の検出優位を達成する。この研究では、教育的直観のためにしばしば用いられるような、より単純な離散変数（量子ビット）によるトイモデルにおいて、その優位が現れるかどうかを調べる。実装はPKTron上で行い、IBM量子計算機上で相互検証する。厳密に公平な比較として、エンタングルしたベル対と、整合した初期相関強度の古典的相関（可分）混合物のそれぞれを、同一の損失およびバックグラウンド雑音チャネルに通し、検出性能は両者で同一のジョイント相関測定（Z⊗Zの期待値）で評価するよう構成した。PKTronシミュレーションでは、エンタングルしたプローブは、バックグラウンド雑音ゼロでターゲット有り仮説とターゲット無し仮説の間の相関の分離が0.0100であり、高バックグラウンド雑音では0.0025まで低下した。一方、古典的相関プローブは、同じ範囲で分離が0.1000から0.0500へと減少する、より大きい分離を示した。これは、この離散モデルではエンタングルメントの優位がなく、むしろ不利を示すことを意味する。定性的なこの結果は、IBM量子計算機のibm_kingstonハードウェア上でも独立に裏づけられた。そこでは、人工的に投入した雑音パラメータではなく、自然な量子ビットのT1緩和を損失チャネルとして用いる。エンタングルした相関は60マイクロ秒後に初期値の54.5%まで劣化したのに対し、古典的相関混合物は同じ時間間隔で77.7%を保持した。これらの結果は、理論的な量子イリュミネーションの優位が単純な離散キュービット相関モデルから直ちに現れるわけではないことを示している。これは、当該効果が連続変数のガウス状態および位相に感度をもつジョイント検出に固有であるという広い理解とも整合し、また量子イリュミネーションが理論的概念であり、これまで古典レーダーに対して到達範囲や信号対雑音比での優位が実証されていないという現状とも整合する。
https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-10883885/v1