Entanglement-assisted capacity of a quantum channel and the reverse Shannon theorem
有噪声的量子信道的纠缠辅助经典容量是在信道的多次使用的限制下，可以通过信道发送的每个信道使用的信息量，假设发送者和接收者可以访问共享的量子纠缠资源，该资源可能被通信协议用完。我们表明，这种能力是由一个表达式平行于一个纯粹的经典通道的能力：即，- 在通道输入$ρ$上，通道输入的熵加上通道输出的熵减去它们的联合熵的最大值，后者被定义为在$ρ$的一半已经通过通道之后的纠缠净化的熵。我们计算了两个有趣的量子信道，量子比特振幅阻尼信道和玻色子信道放大/衰减和高斯噪声的纠缠辅助容量。我们讨论了需要多少独立的参数来完全表征一般量子信道的渐近行为，单独或在存在辅助资源，如先前的纠缠。在纠缠辅助通信的经典模拟中-在共享先前随机信息的各方之间通过离散无记忆信道（DMC）进行通信-我们证明了一个参数是足够的，即，在先验共享随机信息存在的情况下，所有容量相等的DMC可以单位渐近有效地相互模拟。
2002-05-14 quant-ph
Quantum rate distortion coding with auxiliary resources
我们扩展了量子率失真理论，考虑辅助资源，可能提供给发送器和接收器执行有损量子数据压缩。我们考虑的第一个设置是量子率失真编码的帮助下，一个经典的边信道。我们的结果是，正规化纠缠的形成特征的量子率失真函数，扩展早期的工作Devetak和Berger。我们还结合了这个界与纠缠辅助界从我们以前的工作，以获得最好的已知的各向同性量子比特源的量子率失真函数的界限。我们考虑的第二个设置是量子率失真编码与量子边信息（QSI）提供给接收机。为了证明在这种情况下的结果，我们首先状态和证明量子反向香农定理与QSI（张量幂态），它扩展了已知的张量幂量子反向香农定理。该定理的可重复性部分依赖于量子态再分配协议，而相反依赖于该协议对参考和接收方的QSI的联合状态仅能引起可忽略的干扰的事实。这个量子反向香农定理与QSI自然导致量子率失真定理与QSI，有或没有纠缠的援助。
2013-06-26 cs.IT math.IT quant-ph
Convex Split Lemma without Inequalities
本文用碰撞互信息替代最大互信息，将凸分解引理从不等式改进为等式，获得更紧的量子信源编码可达界，并给出仅依赖 Rényi 熵的通用平滑最大互信息上界。
2025-02-15 cs.IT math-ph math.IT
Quantum Side Information: Uncertainty Relations, Extractors, Channel Simulations
在本论文的第一部分，我们讨论了经典和量子物理学的代数方法，并在此设置中发展信息论的概念。第二部分讨论了量子力学中的不确定原理。该原理指出，即使我们有关于量子系统状态的全部经典信息，也不可能确定性地预测所有可能测量的结果。相比之下，量子观察者的视角允许拥有关于量子系统状态的量子信息。这就导致了不确定性和量子关联之间的相互作用。我们提供了一个信息论分析讨论熵的不确定性与量子边信息的关系。第三部分讨论了随机抽取器的概念。经典和量子随机性是信息论、密码学和计算中的重要资源。然而，大多数随机性的来源只表现出弱形式的不可预测性，随机性提取的目标是将这种弱随机性转换为（几乎）完美的随机性。我们讨论了经典和量子随机性提取器的各种结构，我们特别研究了这些结构相对于具有量子边信息的观察者的性能。在第四部分中，我们讨论了信道模拟。香农的噪声信道定理可以理解为使用噪声信道来模拟无噪声信道。我们在这里要考虑的信道模拟是关于相反的问题：从无噪声信道模拟有噪声信道。从纯经典情形（经典的反向香农定理）出发，我们给出了各种量子信道的模拟结果。我们通过使用经典和量子随机性提取器来实现这一点，这些提取器也适用于量子边信息。
2013-10-17 cs.IT math-ph math.IT
Quantum Channel Simulation in Fidelity is no more difficult than State Splitting
该研究针对量子信道仿真的最小通信量刻画问题，提出无需德·菲内蒂约化、直接通过量子态分裂实现保真度下量子信道仿真的方法，得到更紧的单次界，并简化了量子反向香农定理的推导。
2024-06-24 cs.IT math.IT quant-ph
A framework for covert and secret key expansion over quantum channels
隐密量子密钥分发的目的是在遥远的合法方之间以可证明无法被对手检测到的方式产生信息理论上的秘密比特。我们提出了一个框架，在其中精确地定义和分析这样的操作，我们表明，隐蔽和秘密密钥扩展是可能的。对于固定的和已知的经典量子信道，我们开发和分析基于正向和反向和解的协议。当对手应用相同的量子信道独立地对每个传输的量子态，类似于集体攻击的量子密钥分发文献中，我们提出了一个协议，实现隐蔽和秘密密钥扩展下温和的限制。我们的方法的关键是使用信息和解和隐私放大技术，能够处理隐蔽操作所需的稀疏信号，其香农熵尺度作为其长度的平方根。通过隐蔽操作所需的稀疏信令引起的香农熵量化的%扩散信息内容。特别是，我们的研究结果表明，合法的各方之间所需的协调，以实现隐蔽通信可以实现与一个微不足道的数量的秘密密钥位。
2018-11-24 cs.IT math.IT quant-ph
Fully Quantum Source Compression with a Quantum Helper
我们研究了在完全量子状态下使用辅助器的源压缩，扩展了我们早期使用量子辅助器的经典源压缩结果[arXiv：1501.04366，2015]。我们讨论了这个问题涉及的量子资源，并推导出一个单字母表达式的可实现率区域时，纠缠援助。直接编码证明是基于两个基本协议的组合，即量子态合并协议和量子反向香农定理（QSTO）。这一结果证明了分布式源压缩与量子协议之间的意外联系，量子协议消耗无噪声资源来模拟有噪声的量子信道。
2015-04-20 cs.IT math.IT quant-ph
The quantum dynamic capacity formula of a quantum channel
动态容量定理描述了量子信道与经典通信、量子通信和纠缠的无噪声资源相结合时的可靠通信速率。在以前的工作中，我们证明了这个定理的逆部分，通过接触许多以前的结果在量子香农理论文献。在这项工作中，我们证明了定理的“从头算”的方法，只使用最基本的工具，在量子信息理论家的工具包：Alicki-Fannes不等式，链规则的量子互信息，量子熵的基本性质，和量子数据处理不等式。结果是定理的简化证明，对于那些不熟悉量子香农理论文献的人来说应该更容易理解。我们还证明了“量子动态容量公式”的特点帕累托最优权衡表面的全动态容量区域。该公式的可加性简化了权衡面的计算，并证明了它对量子Hadamard信道和量子擦除信道的可加性。然后，我们确定确切的表达式，并绘制动态容量区域的量子退相通道，一个例子，从阿达玛类，和量子擦除通道。
2012-06-25 cs.IT math.IT quant-ph
Capacity of Quantum Channels Using Product Measurements
量子信道传输经典信息的能力原则上取决于在输入端使用的是乘积态还是纠缠态，以及在输出端使用的是乘积测量还是纠缠测量。我们表明，当产品测量使用，信道的容量与产品的输入状态，使纠缠输入不增加容量。我们表明，这一结果继续持有，如果连续测量是允许的，连续测量的选择可能取决于以前的测量结果。我们还提出了一个新的简化表达式，给出了一个信道的香农容量的上限，这与著名的Holevo界有着惊人的相似之处。
2000-08-07 math-ph math.MP quant-ph
Entanglement Cost of Quantum Channels
量子信道的纠缠代价是在自由经典通信存在的情况下，为了模拟量子信道的许多副本，需要（发送者和接收者之间）纠缠的最小速率。在本文中，我们将展示如何表达这个量作为一个正则化的优化纠缠形成的状态，可以产生发送器和接收器之间。我们的公式是一个众所周知的公式的通道模拟的纠缠成本的量子态的纠缠形成方面，并分享了类似的关系，最近破灭的希望加性。在允许自由经典通信的情况下，量子信道的纠缠代价可以看作是量子反向香农定理的模拟。在我们的结果的证明中使用的技术，然后也启发了最近的量子反向香农定理的证明和功能的一次性形式主义的量子信息理论，后选择技术的量子信道以及Sion的极大极小定理。我们讨论我们的结果的两个应用。首先，我们能够将噪声存储模型中的安全性与通过对手的存储设备发送量子信息而不是经典信息的问题联系起来。这不仅改善了可以显示安全性的参数范围，而且还允许我们证明以前没有结果的存储设备的安全性。第二，我们的结果对研究强逆量子容量具有重要意义。在这里，我们表明，任何编码方案，发送量子信息通过量子信道的速率大于信道的纠缠成本具有指数小的保真度。
2015-11-02 quant-ph
One-shot lossy quantum data compression
我们提供了一个单次量子率失真编码的框架，其中的目标是确定压缩量子信息所需的量子比特的最小数量作为解压缩时引起的失真超过一些指定水平的概率的函数。我们得到了一个一次性的最小量子比特压缩大小的纠缠辅助量子率失真码的平滑最大信息，以前在一次性量子反向香农定理中使用的量。接下来，我们展示了这种表征如何收敛到已知的表达式的纠缠辅助量子率失真函数的渐近许多副本的无记忆量子信息源。最后，我们给出了一个严格的，有限的块长度表征的纠缠辅助的最小量子比特压缩尺寸的无记忆各向同性量子比特源的平均符号的失真约束。
2013-09-17 cs.IT math.IT quant-ph
Reliable Simulation of Quantum Channels: the Error Exponent
本文研究量子信道模拟的误差指数，基于信道纯化距离给出上下界，并在低经典通信速率下确定其精确公式，同时获得有限码长可达界。
2025-02-17 cs.IT math-ph math.IT
Entropy as a bound for expectation values and variances of a general quantum mechanical observable
量子信息-理论方法已被确定为一种方式来理解的基础量子力学早在1950年由于香农。然而，这一学科还没有足够的进步或严格的发展。本文试图找到一般量子力学可观测量与它的冯诺伊曼熵之间的关系。我们发现观测量的期望值和不确定度都有依赖于熵的界。结果还表明，冯诺伊曼熵不仅是状态的不确定性，而且还包含了关于任何观测量的期望值和不确定性的信息，这些信息取决于观测者对特定测量的选择。此外，一个反向的不确定性关系推导出n个量子力学观测量。
2018-07-01 quant-ph
Channel simulation with quantum side information
研究并解决了在接收端引入量子边信息的经典信道模拟问题。这是经典的反向香农定理和经典量子Slepian-Wolf问题的推广。最佳无噪声通信速率被发现是减少从信道输入和输出之间的互信息的信道输出和量子边信息之间的Holevo信息。我们的主要定理有两个重要的推论。第一个是Wyner-Ziv问题的量子推广：带量子边信息的率失真理论。第二个是从量子态中提取的经典通信和普通随机性之间的权衡的另一种证明。所考虑的问题的完全量子推广是量子态再分布。在这里，发送者和接收者共享一个混合的量子态，并且发送者希望使用纠缠和量子通信将她的一部分状态传递给接收者。我们提出了可实现的速率对的外界和内界。
2006-11-01 quant-ph
Multiplicativity of completely bounded $p$-norms implies a strong converse for entanglement-assisted capacity
完全量子反向香农定理建立了无噪声经典通信的最佳速率，用于模拟任意输入状态上的噪声量子信道的许多实例的动作，同时还允许任意数量的任意形式的共享纠缠。反过来，这个定理建立了任何量子信道的纠缠辅助经典容量的强逆。本文证明了纠缠辅助能力的强逆通过一个完全不同的方法，并确定了这个任务的强逆指数的界限。也就是说，我们利用最近的纠缠辅助“元逆”的马修斯和韦纳定理，最近建立的三明治Renyi相对熵的几个性质（也称为量子Renyi发散），以及Devetak等人的完全有界$p$ -范数的乘法性。这里的证明证明了Arimoto方法在证明强逆定理方面的帮助程度，它为Devetak等人的乘法结果提供了操作相关性，而且它增加了越来越多的证据，证明夹层Renyi相对熵是对所有$α>1$的经典概念的正确量子推广。
2014-08-11 cs.IT math.IT quant-ph
Continuous-Variable Quantum Key Distribution with key rates far above the PLOB bound
本文提出了一种连续变量量子密钥分发的逆向 reconciliation 方案，通过随机码本纠错在香农极限之上实现远超PLOB界限的密钥率。
2025-11-23 cs.CR quant-ph
Entanglement spread and clean resource inequalities
本文将研究叠加不同数量纠缠的状态，以及在叠加中运行但产生或消耗不同数量纠缠的协议。在这两种情况下，我们发现一个独特的量子困难：纠缠不能有条件地放弃，而不使用通信或导致退相干。我将首先描述纠缠在态和操作中的传播问题，以及处理它的一些方法，然后我将描述三个应用于这些问题的方法，这些方法乍一看似乎很不同：首先，重新解释旧的观察，即从单态创建n个部分纠缠态需要theta（sqrt（n））通信，但本身不能用于通信;第二，一种新的通信复杂度下限技术;第三，解释如何将量子反向香农定理从张量功率源扩展到一般源。
2013-10-27 quant-ph
The mother of all protocols: Restructuring quantum information's family tree
对量子信息理论的“母”协议给出了一个简单、直接的证明。在这个新的公式中，很容易看到母亲，或者更确切地说，她对全量子Slepian-Wolf协议的概括，同时实现了两个目标：量子通信辅助的纠缠蒸馏，以及从发送者到接收者的状态转移。因此，除了她的其他“孩子”，母亲协议产生的状态合并原始的Horodecki，Oppenheim和冬季，一个完全量子反向香农定理，和一类新的分布式压缩协议的相关量子源是最佳的来源描述的可分离的密度算子。此外，这里描述的母亲协议很容易转换成所谓的“父亲”协议，其子女提供量子容量和量子信道的纠缠辅助容量，表明将单发送者/单接收者协议分为两个家庭是不必要的：家庭中的所有协议都是母亲的孩子。
2006-06-27 quant-ph
A triangle of dualities: reversibly decomposable quantum channels, source-channel duality, and time reversal
两个量子信息处理协议在资源反转下被称为对偶的，如果在一个协议中消耗（生成）的资源在另一个协议中生成（消耗）。先前已知的例子包括纠缠浓度和稀释之间的对偶性，以及隐形传态和超密集编码的相干版本之间的对偶性。量子反馈信道是从属于Alice的系统到Alice和Bob之间共享的系统的等距。我们表明，这样的资源可以可逆地分解成一个完美的量子信道和纯纠缠，推广上述两个例子。负责这种分解的对偶协议是“反馈父亲”（FF）协议和“全量子反向香农”（Full-quantum Reverse Shannon）协议。此外，“全量子Slepian-Wolf”协议（简称SSW）是最近发现的“量子态融合”的推广，它通过源-通道对偶性与FF相关，通过时间反演对偶性与SSRS相关，从而形成对偶性三角形。源-通道二元性被认为是以前很少理解的“母亲-父亲”二元性的起源。由于对称性破缺，对偶性只部分地延伸到经典信息论。
2005-05-19 quant-ph
Quantum Channel Simulation and the Channel's Smooth Max-Information
我们研究了量子信道模拟的一般框架，即一个量子信道使用不同类的码模拟另一个量子信道的能力。首先，我们证明了半定规划给出了无信令辅助码下的最小模拟误差和单次量子模拟代价。其次，我们引入了信道的平滑最大信息，它可以看作是量子信道的互信息的一次性推广。我们提供了一个精确的操作解释的信道的平滑最大信息作为一次性量子模拟成本下无信令辅助码，这显着简化了信道模拟的研究，并提供了见解和边界的情况下纠缠辅助码。第三，我们推导出信道的平滑最大信息的渐近均分性质;即，它在独立同分布的渐近极限下收敛于信道的量子互信息。这意味着量子反向香农定理在无信号相关的存在。最后，我们探讨各种量子信道的模拟成本。
2019-10-01 quant-ph
Quantum information processing under maximal distance measures
RIKEN Hakubi Research Team, RIKEN Pioneering Research Institute (PRI) and RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所博后研究团队、先导研究院和量子计算中心）；Scuola Normale Superiore（意大利高等师范学院）；Institute for Quantum Information, RWTH Aachen University（亚琛工业大学量子信息研究所）；Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学电气与计算机工程系）；Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子技术中心）
本研究探讨将量子信息中的误差度量从最小扩展改为最大扩展对操作任务的影响，发现信道编码和资源蒸馏不受影响，而信道模拟和资源稀释的速率改用Belavkin-Staszewski相对熵，且已知可逆性结果失效。
2026-10-06 math-ph math.MP quant-ph
Quantum soft-covering lemma with applications to rate-distortion coding, resolvability and identification via quantum channels
本文提出量子软覆盖问题并基于平滑最小熵证明单次量子覆盖引理，该引理等价于后验信道失真准则下的率失真编码定理，并进一步应用于量子信道可解性及识别容量的上下界证明。
2024-04-26 cs.IT math.IT quant-ph
Channel Simulation and Coded Source Compression
编码源压缩（Coded source compression），也被称为带助手的源压缩（source compression with helper），是分布式源压缩的一个主要变体，但迄今为止在量子领域很少受到关注。本文通过将信源编码压缩与信道模拟相结合的方法，解决了相应的量子信源编码压缩问题。首先，我们考虑具有量子边信息的经典信源编码，其中量子边信息由助手观察并经由经典信道发送到解码器。我们推导出一个单字母表征的可实现的速率区域这个问题。我们的结果的直接编码定理证明通过测量压缩理论的冬季，量子到经典的信道模拟。我们的研究结果表明，一个助手的计划，分别进行测量和压缩是次优的，测量压缩似乎有必要实现最佳速率区域。然后，我们研究编码源压缩在完全量子制度，其中两种不同的情况下被认为是根据类型的通信信道之间的合法源和接收器。我们进一步允许在这两种情况下从量子助手的纠缠援助。我们描述了所涉及的量子资源，并推导出可实现的速率区域的单字母表达式。直接编码的证明是基于著名的量子协议，量子态合并协议和全量子Slepian-Wolf协议，以及量子反向香农定理。
2019-03-07 cs.IT math.IT quant-ph
Quantum Information reveals that orbital-wise correlation is essentially classical in Natural Orbitals
本文利用Shannon与von Neumann熵及经典、量子信息论分析分子波函数，发现以自然轨道为参考时经典与量子互信息差异缩小约100倍，表明按轨道相关性主要是经典的，可简化量子化学计算。
2024-04-22 quant-ph
Opposite post-processing orders of fermionic horizon channels and their quantum-resource monotonicity
School of Physics, East China Normal University（华东师范大学物理系）
该研究构建互补的费米子外区和内区量子通道，发现其后处理顺序相反，在GHS黑洞时空中验证了相关量子资源的均匀单调性，揭示了相对论量子信息中资源单调趋势的共同底层结构。
2026-08-11 gr-qc quant-ph
