里德堡原子量子多输入多输出接收器用于多用户上行链路

里德堡原子量子接收器(RAQRs)已成为将无线接收器从经典领域演进至量子领域的重要解决方案。为充分释放其在无线通信中的潜力,该研究团队提出了一种面向多用户上行链路的柔性化里德堡原子量子多输入多输出(RAQ-MIMO)接收器架构。通过搭建量子物理与经典无线通信之间的桥梁,研究人员构建了相应的RAQ-MIMO系统信号模型,明确阐述了其工作原理与传输流程,并验证了模型的线性特性及可行工作区间。 基于该模型,该工作推导出非相关衰落信道(UFC)和相关衰落信道(CFC)场景下,最大比合并(MRC)与迫零(ZF)接收器各自可达遍历速率(EAR)的闭式渐近表达式。此外,团队从理论上量化了UFC与CFC场景间、以及MRC与ZF方案间的EAR差异特性。尤为重要的是,研究定量揭示了RAQ-MIMO接收器相较经典大规模MIMO(M-MIMO)接收器的优势:单传感器接收器的增益噪声比参数Π决定下,每用户EAR可提升log?Π比特/秒/赫兹,用户发射功率能降低Π倍,传输距离可延长Π^(1/ν)倍(其中ν为路径损耗指数)。 仿真结果表明:在标准量子极限(光子散粒噪声极限)条件下,相比于经典M-MIMO接收器,该团队的RAQ-MIMO方案在自由空间传输中可实现——约12比特/秒/赫兹/用户(或约8比特/秒/赫兹/用户)的EAR提升,或约10000倍(约500倍)的发射功率降低,或约100倍(约21倍)的传输距离延展。

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