Ruido cuántico

En comunicaciones ópticas y submilimétricas, se llama ruido cuántico al proceso estocástico (aleatorio) subyacente que, al combinarse con la señal, produce el ruido de disparo fotónico, característico de la naturaleza discreta de los fotones.O dicho de otra forma, el ruido fotónico de disparo puede atribuirse, indistintamente, a la naturaleza discreta de los fotones, o al efecto del ruido cuántico sobre la señal.[1]​ No obstante, para explicar los efectos que induce, hay que asignarle una densidad espectral de potencia de= dimensiones del espacio de fase) asociado a la señal que se esté midiendo.Así, para una señal monomodo en una única polarización, k = 2 fases (I, Q): donde nq es la potencia de ruido cuántico en vatios, h es la constante de Planck en J·s,Para una señal monomodo en dos polarizaciones, k = 4 fases (HI, HQ, VI, VQ),Aunque la densidad espectral de potencia y la energía del fotón se miden en las mismas unidades, conceptualmente son diferentes.es una variable aleatoria que se suma al voltaje de señal (vs, determinista).) es una nueva variable aleatoria, y podemos identificar su varianza con la del ruido de disparo fotónico.es una variable aleatoria Gaussiana k-dimensional de media cero yes una variable aleatoria Chi-cuadrado no central de parámetros k,, y su varianza: donde hemos tenido en cuenta queque genera una fuente pasiva monomodo, en una única polarización, a la temperatura física T y a la frecuenciaes: Corresponde a la densidad espectral de potencia térmica radiada por un cuerpo negro en un solo modo, y una sola polarización, según la ley de Planck.Algunos autores sostienen que el ruido cuántico es indisociable del ruido térmico y hay que sumárselo, aunque no pueda medirse directamente.[3]​ De esta forma quedaría: Para bajas frecuencias o altas temperaturas (), por ejemplo, en transmisión por fibra óptica: es decir, en este último caso, el ruido térmico propiamente dicho,, es constante y mayor que el coeficiente de ganancia,son proporcionales a las poblaciones de nivel inferior (En este ejemplo, el ruido térmico puede tratarse como Emisión Espontánea Amplificada (ASE, por sus siglas en inglés) y como tal responde a la ecuación diferencial: La solución para la línea de transmisión descrita (, la ecuación diferencial quedaría: y su solución: conforme a lo considerado.Según la referencia que se tome para definir la d.e.p.son los coeficientes de ganancia y atenuación en cada punto, que cumple: Aunque son equivalentes, cada representación tiene sus ventajas.[6]​ Sin embargo, la fórmula del factor de ruido (estamos considerando implícitamente que todo el ruido de la línea de transmisión se genera allí donde existe amplificación, ya que los atenuadores puros (estamos atribuyendo todo el ruido generado en la línea de transmisión a los puntos donde existe atenuación, ya que los amplificadores puros (estamos considerando que amplificadores y atenuadores contribuyen en la generación de ruido por igual.de potencia del ruido térmico en cada puntodonde la línea de transmisión actúa como amplificador neto (