The incompatibility of quantum channels in general probabilistic theories
本文针对一般概率理论中复合系统定义不唯一的问题，引入最小张量相容性与近量子相容信道对概念，通过量子比特含噪恒等信道实验，证明三者相容集合存在严格包含关系。
2024-09-02 quant-ph
Feed-forward control for quantum state protection against decoherence
我们提出了一种新的前馈控制及其反转方案来保护量子态不受退相干的影响。在噪声信道之前，我们的预弱测量和前馈只是将保护状态改变为几乎不受噪声信道影响的状态，而在噪声信道之后，我们的反向操作和后弱测量只是恢复保护状态。与以往的大多数状态保护方案不同，我们的方案只考虑噪声信道，而不关心被保护状态。我们证明了我们的方案可以有效地保护未知态、非正交态和纠缠态不受振幅阻尼噪声的影响。我们的方案具有显著的保护量子态免受强振幅阻尼噪声的优点，并且能够以几乎确定性的方式完美地保护某些特定的非正交态，这在当前的量子通信技术中可能会有一些应用。最重要的是，我们的方案在实验上是可用的。
2014-03-11 quant-ph
Hypercontractivity for Quantum Erasure Channels via Variable Multipartite Log-Sobolev Inequality
本文针对无固定状态量子信道首次证明了量子擦除信道乘积的几乎最优超收缩不等式，通过建立新颖的量子 log-Sobolev 不等式克服了矩阵非交换性困难，并应用于两方公共随机性生成的通信复杂度分析。
2025-04-30 quant-ph
polylog-LDPC Capacity Achieving Codes for the Noisy Quantum Erasure Channel
我们提出了$poly\log$稀疏量子码，用于纠正任意接近容量的擦除信道。具体地说，我们提供$[[n, k, d]]$量子稳定器代码，纠正擦除信道任意接近的容量，如果擦除概率至少是$0.33$，并与生成集$\langle S_1, S_2, ... S_{n-k} \rangle$，使$|S_i|\leq \log^{2+ζ}(n)$的所有$i$和任何$ζ> 0$具有高概率。本文证明了Delfosse等人的结果是严格的：我们可以构造出重量接近$O(1)$的容量逼近码。
2017-07-26 quant-ph
Almost-idempotent quantum channels and approximate $C^*$-algebras
针对$η$-幂等的单位完全正（UCP）映射，构造了关联的$\u03b5=O(η)$-$C^*$代数，证明其与真正$C^*$代数的$O(\u03b5)$同构性，且同构可由UCP映射实现，给出量子信道的近似分解。
2025-02-11 math-ph math.MP math.OA
Characterization of non-adaptive Clifford channels
该研究从信息论视角研究Clifford信道，提出四种等价定义，证明其在酉编解码下可分解为基本操作的乘积，可用于计算信道信息容量。
2025-03-12 quant-ph
Quantum Capacity Approaching Codes for the Detected-Jump Channel
量子信道容量给出了量子数据可以通过噪声量子信道可靠传输的速率的最终限制。可降解量子信道是量子容量已知的少数信道之一。考虑到可降解信道的量子容量，找到接近容量的实用编码方案仍然具有挑战性。在这里，我们讨论的代码设计的检测跳跃通道，一个可降解的通道与实际相关的描述与检测到的光子发射的原子的自发衰变的物理。我们表明，这个通道可以用来模拟一个二进制经典信道与擦除和位翻转。模拟的经典信道的容量给出了检测跳跃信道的量子容量的下限。当跳跃概率较小时，它几乎等于量子容量。因此，使用一个经典的容量接近代码的模拟经典信道产生一个量子码，接近检测跳跃信道的量子容量。
2010-08-19 quant-ph
Experimental investigation of quantum key distribution over water channel
量子密钥分发（QKD）在最近几十年中经历了显著的发展，特别是关于自由空间（空气）和光纤信道。在这里，我们报告了BB84协议QKD在水通道上的第一个原理验证实验。首先，根据实测的与单位矩阵接近的Mueller矩阵，再次证明了水信道在光传输中的偏振保持特性。通过蒙特卡罗模拟揭示了偏振保持的原因是接收到的光子几乎都是未散射的。结果表明，在不同的衰减系数下，量子密钥分配都能以低于3.5%的量子误码率（QBER）进行。
2019-04-12 quant-ph
High-fidelity state transfer through long-range correlated disordered quantum channels
我们研究了$XX$自旋$1/2$链中的量子态转移，其中两个通信自旋弱耦合到具有无序现场磁场的通道。波动的建模与自相似的配置文件服从幂律谱的长程相关序列。我们表明，该通道是能够执行一个几乎完美的量子态转移在大多数的样品中，即使在存在大量的无序提供的程度，这些相关性是足够强的。在这种情况下，我们还表明，缺乏镜像对称并不会影响高质量结果的可能性。我们的研究结果在设计量子通信协议的鲁棒设备方面又向前迈进了一步。
2017-08-05 quant-ph
Degenerate Quantum Codes for Pauli Channels
量子纠错码的一个显著特点是，它们有时可以用来纠正比它们唯一识别的更多的错误。这种退化码早已为人所知，但仍然知之甚少。我们提供了一个启发式的设计退化量子码的高噪声率，这是适用于生成代码，可用于在几乎任何泡利信道的速率是不可能的非退化码进行通信。非退化和退化代码性能之间的差距是相当大的，与此相反，只有以前的演示这种效果的微小幅度。我们还确定了一个通道，我们的代码都没有优于最好的非退化码，并表明，它是非常不同的任何渠道的非退化码是已知的最佳。
2006-12-23 quant-ph
Unified Approach to Witness Nonentanglement-Breaking Quantum Channels
量子设备保持或分配纠缠的能力在采用量子技术中是必不可少的。这种能力由参与的量子信道的非纠缠破坏（nonEB）特征描述和保证。对于依赖于纠缠的量子信息应用，非电子束特性的认证因此在量子器件的设计、测试和基准测试中是必不可少的。在这里，我们开发了一种直接和可操作的方法来认证非EB量子信道。通过利用测量和测量测试，我们得到了一个必要和充分条件见证nonEB通道，这是适用于几乎所有的实验方案。该方法不仅统一和简化了标准场景和测量设备无关场景中的现有方法，而且还进一步允许在半设备无关场景中验证nonEB特征。
2020-06-09 quant-ph
Entanglement-Saving Channels
介绍了纠缠节省（ES）量子信道的概念，并对其进行了刻画.这些都是完全正的，保迹变换，当局部作用于一个最初准备成最大纠缠态的二分量子系统时，即使施加任意次数，也能保持纠缠。换句话说，如果量子信道$ψ$的幂$ψ^n$对于所有整数$n$都不是纠缠破坏的，则称该量子信道$ψ$为ES。我们还刻画了渐近纠缠节省（AES）映射的性质。这些形成了ES通道的真子集，该真子集由那些映射构成，这些映射不仅保持所有有限$n$的纠缠，而且还在渐近极限~ $n\rightarrow \infty$中维持明确的非零纠缠水平。结构定理提供ES和AES地图产生一个几乎完整的表征前者和后者的充分表征。
2015-05-03 quant-ph
Long quantum channels for high-quality entanglement transfer
高质量的量子态和纠缠转移可以在弹道机制下运行的未调制自旋总线中实现，这发生在端点量子位A和B通过与链内交换相当的交换相互作用$j_0$耦合到链时。实际上，表征传输质量的转变幅度对于有限的最佳值$j_0^{opt}(N)$表现出最大值，其中$N$是信道长度。我们表明，$j_0^{opt}(N)$规模为$N^{-1/6}$大$N$，它确保了高质量的纠缠传输，即使在任意长的信道的限制，几乎独立的信道初始化。例如，对于任何链长，平均量子态传输保真度都超过90%。我们强调，采取相反的观点，应$j_0$实验约束，高质量的传输仍然可以通过调整信道长度，以其最佳值。
2011-05-30 quant-ph
Quantum communication with photon-number entangled states and realistic photodetection
我们解决现实的光电探测，与非单位量子效率和背景噪声（暗计数），对基于光子数纠缠态的量子通信方案的性能的影响。我们考虑了高斯双光束和非高斯双模相干态信道，并通过优化比特鉴别阈值来评估信道容量。我们发现，TWB为基础的渠道是更强大的抗噪声比TMC为基础的，这一结果几乎是独立的暗计数的统计。
2010-01-11 quant-ph
Quantum channels in random spin chains
研究了零温下自旋为1/2的随机反铁磁链中量子比特对之间的纠缠。我们发现，一些非常遥远的量子比特对是高度纠缠的，几乎是纯贝尔态。此外，获得这种自旋对的几率与链无序强度成正比，与它们间距的平方成反比。
2006-12-29 cond-mat.dis-nn quant-ph
Almost one bit violation for the additivity of the minimum output entropy
在前一篇文章中，我们证明了随机量子信道输出态的可能本征值集合的极限是一个确定的紧集K_{k,t}。我们还表明，集K_{k,t}获得，直到一个交叉，作为单位球的对偶的自由压缩模。本文给出了集合K_{k,t}上l^p范数的最大值，并证明了该最大值是在形状为（a，b，.的向量上达到的b）其中a > b。特别地，我们计算了单个随机量子信道的最小输出熵的精确极限值。作为一个推论，我们表明，对于任何eps > 0，它是可能的，以获得一个违反的最小输出熵的可加性的输出维数低至183，并为适当的参数选择，违反可以大到log 2 - eps。相反，我们的结果意味着，在概率为1的情况下，使用共轭随机量子信道和贝尔态，在182维或更小的维度上，不会违反可加性。
2014-05-29 math-ph math.MP math.OA
Quantum Shannon theory made robust: a tale of three protocols for almost i.i.d. sources
Scuola Normale Superiore（比萨高等师范学院）；University of Cambridge（剑桥大学）；University of Bologna（博洛尼亚大学）
本文研究了在近独立同分布源替代精确独立同分布源时，信息论协议能否仍达到最优渐近速率的问题，探讨了协议在未知扰动下的稳健性，并引入了俱乐部距离的概念。
2026-07-01 math-ph math.MP quant-ph
Random quantum channels II: Entanglement of random subspaces, Renyi entropy estimates and additivity problems
本文给出了随机量子信道最小输出熵的新的界。这些界限依赖于从自由概率论产生的随机矩阵技术。然后，我们重新讨论了由海登和温特开发的反例，以获得最小输出Rényi熵的可加性等式的违反。我们证明了通过将输入随机耦合到一个量子比特获得的随机通道违反了$p$ -Rényi熵的可加性。对于某些随机量子信道序列，我们几乎必然地计算了它们的Schatten $S_1 \to S_p$范数的极限.
2009-12-15 math.OA math.PR quant-ph
Random quantum channels I: graphical calculus and the Bell state phenomenon
本文是我们从随机矩阵的观点研究量子信道的系列文章的第一篇。我们开发了一个图形化的工具，使我们能够计算一个随机的量子信道的输出的预期时刻。作为应用，我们研究了Hayden \cite{hayden}引入的随机矩阵模型的变化，并证明了它们的特征值几乎必然收敛.特别是，我们获得了一些模型的最大特征值的值急剧改善，这是在进一步的工作中所示的最小输出熵不等式有新的应用。
2009-06-22 math.OA math.PR quant-ph
The semigroup structure of Gaussian channels
研究了玻色高斯量子信道的半群结构。特别关注的是集的渠道是可分的，幂等或马尔可夫（在这个意义上，无论是属于单参数半群或无穷小整除）。我们表明，非紧性的高斯信道的集合允许显着的差异时，比较半群结构与有限维量子信道。例如，每一个不可逆的高斯通道被证明是可分的，尽管存在的高斯通道，这是不是无穷小整除。非紧性的一个更简单和已知的结果是某些可逆通道缺乏生成元。一路上，我们提供了新的表示类高斯通道：作为矩阵半群，复值正矩阵或在一个简单的形式描述几乎所有的单参数半群。
2009-09-02 math-ph math.DS math.MP
Extreme Points and Factorizability for New Classes of Unital Quantum Channels
介绍并研究了两类新的单位量子信道。第一类描述了一个2-参数家庭的渠道完全积极（CP）的映射$M_3({\bf C}) \mapsto M_3({\bf C})$，这是单位和跟踪保持。这类映射族中的几乎每一个成员在既保迹又保酉的CP映射集中都是可分解的和极值的，但在保迹CP映射集中和保酉CP映射集中都不是极值的.我们还研究了一个大类的地图，概括了Werner-Holevo通道的$d = 3$在这个意义上，他们被定义在部分等距的秩$d-1$。此外，我们扩展到地图的Kraus运营商的形式$t |e_j \rangle \langle e_j | \oplus V $与$V \in M_{d-1} ({\bf C}) $酉和$t \in (-1,1)$。我们表明，几乎每一个在这类地图是极端的单位CP地图集和一组的迹保持CP地图。我们详细分析了一个特别有趣的子类，这是极端的，除非$t = -1/(d-1)$。对于$d = 3$，这包括一对具有对偶因式分解的通道，在这个意义上，它们可以通过在$M_3({\bf C}) \otimes M_3({\bf C})$中使用相同的酉共轭之后在不同的子空间上取部分迹来获得。
2021-05-19 math-ph math.MP math.OA
Coherent information of a quantum channel or its complement is generically positive
确定给定的量子信道是否具有传输量子信息的正容量是量子信息理论中的一个基本的公开问题。一般来说，为了检测其量子容量的正值，需要针对信道的无限数量的副本来计算相干信息。然而，在这封信中，我们表明，一个随机选择的通道的单个副本的相干信息几乎肯定是积极的，如果通道的输出空间大于其环境。因此，在这种情况下，通道的单个副本通常足以确定其量子容量的正性。换句话说，具有零相干信息的信道在输出空间大于环境的信道子集中具有零测量。另一方面，如果环境大于通道的输出空间，则通道的补码也会得到相同的结果。
2022-08-03 cs.IT math-ph math.IT
Chaos in quantum channels
我们研究了酉信道中的混沌和置乱，把它们的纠缠特性看作是态。利用时间无序的关联函数诊断混沌，刻画了信道处理量子信息的能力。我们表明，通用的衰减，这样的衰减意味着任何输入子系统必须有几乎所有的分区的输出近消失的互信息。此外，我们提出了负面的三方信息的通道作为一般的诊断加扰。这测量了信息的离域性，并且与失时序的衰变密切相关。我们支持我们的结果与数值在两个不可积的模型和分析结果在一个完美的张量网络模型的混沌时间演化。这些结果表明，量子系统中的蝴蝶效应隐含着信息论定义的置乱。
2016-03-03 cond-mat.stat-mech hep-th quant-ph
Geometric Rényi Divergence and its Applications in Quantum Channel Capacities
本文从量子信息理论的角度系统地研究了几何Rényi发散（GRD），也称为最大Rényi发散。我们发现，这种分歧，连同其延伸到渠道，有许多吸引人的结构特性。例如，我们证明了一个链式规则不等式，它直接意味着几何Rényi发散的“摊销崩溃”，解决了Berta等人[arXiv：1808.01498，方程（55）]在量子信道鉴别领域的一个悬而未决的问题。作为应用，我们探索各种信道容量问题，并构造新的信道信息的措施的基础上的几何Rényi分歧，锐化以前最知名的界限的基础上的最大-相对熵，同时仍然保持新的界限单字母有效地可计算。大量的例子进行了调查，几乎所有的情况下，改进是显而易见的。
2019-09-12 cs.IT math-ph math.IT
