| 講演名 | 2021-07-08 多値光信号の量子力学的非直交性に関する指標の提案 加藤 研太郎(玉川大), |
|---|---|
| PDFダウンロードページ |  PDFダウンロードページへ |
| 抄録(和) | 光通信技術の発展に伴い多値光信号の利用範囲が拡大してきている．4相PSK（QPSK)や16値直交振幅変調（16QAM）などのよく知られている場合のほか，1000を大きく超える信号数を持つ光信号を利用する物理暗号通信システムの実験報告もすでに数多くある．本来，光の性質は量子力学的に説明されるものである．したがって現行あるいは新しい光通信システムのより良い設計とより深い分析のために，多値光信号の量子力学的特性を知ることは重要である．しかしながら，これまで多値光信号自体に焦点を当てた分析はほとんどなされていない．そこで本稿では多値光信号の量子力学的非直交度を表す指標の提案を行う．提案は量子信号検出理論における最小二乗誤差を応用することでなされる．そして提案指標の妥当性を数値実験により確認した後，$M$相PSKに対して提案指標を適用する．その結果，光信号の平均光子数が非常に大きいときであっても多値数を十分に大きくすることで量子力学的非直交性が顕在化することが明らかにされる．これは光信号の多値化が単純な信号数の増加の意味を超えて，光信号が本来持っている量子力学的性質を積極的に引き出す操作であることを意味する． |
| 抄録(英) | With the development of optical communication technology, the range of application of multi-ary optical signals has been expanding. In addition to the well-known cases such as QPSK and 16QAM, there are many experimental reports on physical-ciphered communication systems using many more than 1,000 optical signals. Essentially, the properties of light are explained in terms of quantum mechanics. Therefore, it is important to know the quantum mechanical properties of multi-ary optical signals for better design and deeper analysis of current and future optical communication systems. However, few analyses have focused on such aspects of the multi-ary optical signals themselves. In this paper, we propose a measure of the quantum mechanical non-orthogonality of multi-ary optical signals. The proposed index is based on the theory of the least-squared error for the ensemble of quantum states. After confirming the validity of the proposed index by some numerical experiments, we apply the index to the case of optical $M$-ary PSK. As a result, it is shown that even when the average number of signal photons is extremely large, the quantum mechanical non-orthogonality appears clearly when the number of signals is sufficiently large. This suggests that the multivaluing of optical signals is more than a simple increase in the number of signals, but is an active operation that brings out quantum mechanical properties of optical signals. |
| キーワード(和) | 量子通信 / 量子状態 / 信号配置 / 多値信号 / 最小二乗誤差 |
| キーワード(英) | Quantum Communications / Quantum States / Signal Constellation / Multi-ary Signal / Least Squared Error |
| 資料番号 | IT2021-21 |
| 発行日 | 2021-07-01 (IT) |
| 研究会情報 | |
| 研究会 | IT |
|---|---|
| 開催期間 | 2021/7/8(から2日開催) |
| 開催地（和） | オンライン開催 |
| 開催地（英） | Online |
| テーマ（和） | フレッシュマンセッション，一般 |
| テーマ（英） | Freshman session, General |
| 委員長氏名（和） | 和田山 正(名工大) |
| 委員長氏名（英） | Tadashi Wadayama(Nagoya Inst. of Tech.) |
| 副委員長氏名（和） | 小嶋 徹也(東京高専) |
| 副委員長氏名（英） | Tetsuya Kojima(Tokyo Kosen) |
| 幹事氏名（和） | 松田 哲直(埼玉大) / 野崎 隆之(山口大) |
| 幹事氏名（英） | Tetsunao Matsuta(Saitamai Univ.) / Takayuki Nozaki(Yamaguchi Univ.) |
| 幹事補佐氏名（和） | 廣友 雅徳(佐賀大) |
| 幹事補佐氏名（英） | Masanori Hirotomo(Saga Univ.) |
| 講演論文情報詳細 | |
| 申込み研究会 | Technical Committee on Information Theory |
|---|---|
| 本文の言語 | JPN |
| タイトル（和） | 多値光信号の量子力学的非直交性に関する指標の提案 |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | Proposal for a measure of quantum mechanical non-orthogonality of multi-ary optical signals |
| サブタイトル（和） | |
| キーワード(1)（和/英） | 量子通信 / Quantum Communications |
| キーワード(2)（和/英） | 量子状態 / Quantum States |
| キーワード(3)（和/英） | 信号配置 / Signal Constellation |
| キーワード(4)（和/英） | 多値信号 / Multi-ary Signal |
| キーワード(5)（和/英） | 最小二乗誤差 / Least Squared Error |
| 第 1 著者 氏名（和/英） | 加藤 研太郎 / Kentaro Kato |
| 第 1 著者 所属（和/英） | 玉川大学(略称：玉川大) Tamagawa University(略称：Tamagawa Univ.) |
| 発表年月日 | 2021-07-08 |
| 資料番号 | IT2021-21 |
| 巻番号（vol） | vol.121 |
| 号番号（no） | IT-96 |
| ページ範囲 | pp.34-39(IT), |
| ページ数 | 6 |
| 発行日 | 2021-07-01 (IT) |