Computing Quantum Channel Capacities
有噪声的量子信道的容量表征了信息可以可靠传输的最高速率,因此它具有实际的和基本的重要性。经典通道的容量使用交替优化方案计算,称为Blahut-Arimoto算法。在这项工作中,我们推广经典的Blahut-Arimoto算法的量子设置。特别地,我们给出了计算经典输入和量子输出信道容量、低噪声信道的量子容量、量子信道的热力学容量以及量子信道的纠缠辅助容量的有效迭代方案.我们给出了严格的先验和后验界的估计误差,采用量子熵不等式和证明我们的算法在数值实验中的快速收敛。
2021-07-01 quant-ph
Potential capacities of quantum channels
我们介绍了潜在的能力,量子信道在操作的方式,并提供这些数量的上限,量化的最终极限的有用性的一个通道为一个给定的任务在最好的情况下。不幸的是,除了少数孤立的情况下,潜在的能力似乎很难计算,因为他们的“普通”的类似物。因此,我们研究了一些潜在的容量上界:对于经典的容量,我们给出了一个上界的纠缠的形成。为了建立量子和私有容量的界,我们首先将信道“提升”到Hadamard信道,然后证明Hadamard信道的量子和私有容量是强可加的,这意味着对于这些信道,潜在容量和普通容量是相等的。采用这些上界,我们表明,如果一个通道是嘈杂的,但接近无噪声通道,那么它不能被激活到无噪声通道的任何其他上下文通道,这一结论适用于所有三个能力。我们还讨论了所谓的环境辅助量子容量,因为我们能够描述它的“潜在”版本。
2016-01-18 quant-ph
Classical and quantum capacities of a fully correlated amplitude damping channel
研究了作用于两个量子比特的完全相关振幅阻尼信道上的信息传输。我们推导出单次经典信道容量,并表明纠缠需要实现信道的最佳性能。我们讨论的降解性能的信道和评估的量子容量的任何值的噪声参数。最后计算了纠缠辅助的经典信道容量。
2013-10-31 quant-ph
Lower and upper bounds on nonunital qubit channel capacities
单位量子比特通道的经典容量是众所周知的,而非单位量子比特通道的经典容量则不是。我们发现上下限的经典能力的nonunital量子比特通道,通过使用最近开发的分解技术有关nonunital和unital正量子比特映射。
2019-03-21 quant-ph
Quantum Capacities of Channels with small Environment
我们研究了噪声量子信道的量子容量,它可以通过将系统耦合到一个有效的小环境来表示。容量公式推导出所有的情况下,系统和环境都是二维的-包括所有的极端量子位通道。类似地,对于作用于高维系统的通道,我们表明,如果通道产生于与量子位环境的足够小的耦合,则可以确定容量。扩展的情况下,具有较大的环境的通道,它示出了无约束环境的容量上的界限,可以从分解成小环境的通道。
2006-07-11 quant-ph
Information capacity analysis of fully correlated multi-level amplitude damping channels
本文研究连续使用存在关联的三能级振幅阻尼信道,通过分析可退化性给出单次经典容量上界,并计算了普通及纠缠辅助场景下的量子与经典容量。
2024-01-15 quant-ph
Methods for Estimating Capacities and Rates of Gaussian Quantum Channels
提出了一种估计一般高斯信道容量的优化方法。具体地,在有损玻色子信道的所有可能的高斯编码上追求经典容量作为Holevo信息的最大值的评估,但是扩展到其他容量和其他高斯信道似乎是可行的。无记忆和记忆通道的解决方案。它是第一次处理单用途(单模)信道的容量依赖于信道的参数进行了分析,提供了一个完整的分类可能的情况。然后,它是处理多用途(多模)信道的容量依赖于(多模)环境状态分析时,总的环境能量和环境纯度都是固定的。这允许在不同环境之间进行公平的比较,从而理解记忆的作用(模式间相关性)和容量的超加性等现象。所开发的方法也被用于推导传输速率与外差和零差测量在信道输出。经典的容量和传输速率在一个独特的框架内,速率可以被视为对数近似的能力。
2011-12-28 quant-ph
Relation between classical communication capacity and entanglement capability for two-qubit unitary operations
双量子比特操作的特征可以在于它们的通信能力,包括有和没有自由纠缠,以及它们产生纠缠的能力。我们建立了一组不等式,给出了两个量子比特酉操作的能力排序。具体来说,我们表明,纠缠创造和双向通信的能力,没有纠缠援助至少是一半的双向通信能力与纠缠援助一样大。此外,我们表明,可以使用系综进行的双向通信可以通过两个量子比特的幺正操作增加两倍的操作的纠缠容量。
2004-01-09 quant-ph
On the capacities of bipartite Hamiltonians and unitary gates
我们认为相互作用是双向通道。我们研究了相互作用哈密顿量和非局域幺正门产生纠缠和传递经典信息的能力。我们给出了相互作用的纠缠产生容量和纠缠辅助单向经典通信容量的解析表达式,并证明了这些量是可加的,使得渐近容量等于相应的单次容量.我们给其他能力的一般界限,讨论了一些例子,并得出结论与一些开放的问题。
2002-08-23 quant-ph
Classical capacities under physical constraints: More capacity with less entanglement
Harish-Chandra Research Institute, A CI of Homi Bhabha National Institute(哈里什-昌德拉研究所,霍米·巴巴国立学院成员);QICI Quantum Information and Computation Initiative, Department of Computer Science, The University of Hong Kong(香港大学计算机科学系量子信息计算倡议)
本文研究了在能量约束下量子通道的经典容量,提出了一种能量受限的密集编码协议,并证明了在两qubit情况下该协议最优,同时展示了纠缠辅助在特定条件下提升容量的现象。
2026-01-07 quant-ph
Trade-off relations and enhancement protocol of quantum battery capacities in multipartite systems
Hainan Normal University(海南师范大学);Capital Normal University(首都师范大学)
本文研究了多体系统中量子电池容量的权衡关系与增强协议,提出了非相干操作以提升子系统电池容量的方法,并验证了其可行性。
2025-12-17 quant-ph
Entanglement required in achieving entanglement-assisted channel capacities
量子通信信道两端之间共享的纠缠已被证明是增加这些信道的量子和经典容量的有用资源。假设每个通道使用无限量的共享纠缠,推导出纠缠辅助容量。在本文中,边界上的最小量的纠缠所需的每一个使用的通道,以渐近地实现的能力。这是通过引入一类纠缠辅助量子码来实现的。量子比特信道类的代码示出,以实现量子纠缠辅助的信道容量时,每个信道的共享纠缠量,E = 1 - Q_E,提供。它还表明,对于非常嘈杂的信道,作为容量变得很小,所需的纠缠量收敛的经典和量子容量。
2002-05-19 quant-ph
Quantum and private capacities of low-noise channels
本文解决了低噪声量子信道(如去极化信道)容量这一20余年开放问题,证明其量子容量与私密容量在首阶近似下均等于单字母相干信息,并表明超可加性、退化码和屏蔽在该区域收益可忽略。
2023-12-05 quant-ph
On Quantum Fidelities and Channel Capacities
我们证明了两种不同概念的量子信道容量的等价性:一种是使用纠缠保真度作为传输成功的标准,另一种是使用输入希尔伯特空间的子空间中纯态的最小保真度作为其标准。作为推论,任何熵率小于容量的源都可以以高纠缠保真度传输。我们还表明,一个限制类的编码是足以传输任何量子源,可以在一个给定的信道上传输。这使我们能够简化信道容量的已知上限。它还使我们能够表明,从编码器到解码器的辅助经典信道的可用性不会增加量子容量。
1998-09-04 quant-ph
Entanglement-assisted capacities of time-correlated amplitude-damping channel
我们计算了一个时间相关的振幅阻尼信道的信息容量,假设发送者和接收者共享先验纠缠。我们的分析结果表明,零容量的噪声信道可以传输信息,如果它有有限的记忆。容量随着存储器的增加而增加,达到完美存储器通道的最大值。
2013-07-20 quant-ph
Inequalities and separations among assisted capacities of quantum channels
我们展示了离散无记忆量子信道,其量子容量由双向经典通信$Q_2$辅助,超过其无辅助的单次Holevo容量$C_H$。这些通道可以被认为具有数据输入和输出,以及部分影响的控制输入和部分揭示数据在从输入到输出的途中经历的一组酉演变中的哪一个的控制输出。信道被设计为使得数据的演变可以通过1)控制输出和2)与控制输入纠缠的参考系的经典协调处理来精确地推断,而不是单独从这些资源中的任一个来推断。因此,双向经典侧信道允许校正数据的噪声演化,从而大大增加容量。同一信道族提供了由经典反馈辅助的经典容量$C_B$和由经典反馈辅助的量子容量$Q_B$都超过$C_H$的示例。一个相关信道,其数据输入在与控制输入交互之前经历去相位,具有严格小于其$C_2$的经典容量$C=C_H$,该经典容量由独立经典通信辅助。
2004-06-14 quant-ph
Quantum Capacities of Bosonic Channels
研究了玻色量子信道传输量子信息的能力。通过证明每个信道都可以渐近模拟高斯信道,并由信道的二阶矩来表征信道的可测矩,从而确定可调速率。通过证明高斯编码是最优的,我们计算了一类高斯信道的量子容量,包括描述光子损耗光纤的信道。一路上,我们提供了一个完整的表征可降解的高斯信道和那些所产生的隐形传态协议。
2006-06-15 quant-ph
Capacities of linear quantum optical systems
各种各样的通信信道使用量化的电磁场来传递信息。它们的通信能力关键取决于与信道的空间特性(例如衍射和天线设计)相关联的损耗。在这里,我们专注于通信通过一个有限的瞳孔,衍射被正式描述为一个记忆通道。通过利用这种等价性,我们然后计算的光学重聚焦系统的通信容量,建模为一个会聚透镜。即使损失的信息源于有限的瞳孔的镜头,我们表明,存在的重新聚焦系统可以大大提高通信能力。我们主要集中在经典信息的通信,扩展到量子信息是直接的。
2012-06-20 quant-ph
Broadband channel capacities
我们研究了在不同噪声源存在下玻色宽带信道的通信能力。特别是,我们分析了存在白噪声和热浴的有损通道。在这种情况下,我们提供了一个数值解的纠缠辅助容量和上限和下限的经典和量子容量。
2003-07-14 quant-ph
Quantum channel capacities - multiparty communication
我们分析了量子无记忆信道上多方通信的不同方面,并将一些已知的关键结果从二分信道推广到多方情形。特别是,我们引入多方版本的最小子空间传输保真度和纠缠传输保真度。我们还提供了替代的,本地的,版本的并行性,并显示其等效的全球范围内的能力区域定义。证明了两种不同容量概念对两种不同容量概念的等价性。类比于二分情况,通过等距编码定理的充分性,证明了附加的经典前向侧信道不增加任何具有$k$接收器和$m$接收器的量子信道的容量区域,它代表了一般量子网络理论的紧凑单元.结果表明,多址信道的最近提供容量域([M. Horodecki等人,Nature { \bf 436} 673(2005)],[J.Yard等人,quant-ph/0501045])在前向经典通信的附加支持的情况下也是最佳的。
2006-03-13 quant-ph
Quantum-capacity bounds in spin-network communication channels
利用Lieb-Robinson不等式和量子容量在钻石范数下的连续性,我们得到了这些容量在自旋网络通信i.i.d.中可以达到的值的上界.任意拓扑的模型。从以前的结果,我们不做任何假设的编码机制,消息的发送者采用在网络上加载信息。
2019-09-30 quant-ph
On environment-assisted capacities of quantum channels
继Gregoratti和Werner [J. Mod. Optics 50,913-933,2003和quant-ph/0403092]以及Hayden和King [quant-ph/0409026]的初步工作之后,我们研究了由“友好(信道)环境”辅助的量子信道的容量问题,该环境可以本地测量经典消息并将其传递给接收器。以前的工作[quant-ph/0505038]已经给出了在这种环境帮助下量子容量的容量公式。在这里,我们研究的问题,环境辅助的经典容量,它表现出一个更丰富的结构(至少,它似乎是更难的问题)。有几个,大概是不等价的,允许的本地操作和经典的接收器和环境之间的通信模型:单向,任意,可分离和PPT POVM。在所有这些模型中,解码消息的任务相当于在某种局部性约束下通过一类操作来区分两个接收器之间的一组可能的纠缠态。在介绍了上述的操作能力,我们表明,环境辅助的经典容量的下限总是输入空间维数的对数的一半。然后,我们开发了一些技术来证明存在的通道,满足这个下限的条款小得多的顺序,即使PPT解码测量是允许的(假设一定的超加性猜想)。
2005-07-05 quant-ph
Unconstrained Capacities of Quantum Key Distribution and Entanglement Distillation for Pure-Loss Bosonic Broadcast Channels
本文研究了单发送多接收纯损耗玻色子广播信道下的量子密钥分发和纠缠分发。我们确定了无约束的容量区域的蒸馏的二分纠缠和秘密密钥之间的发送者和每个接收者,只要他们被允许任意的公共经典通信。我们的研究结果的一个实际意义是,容量区域表现出极大地提高了使用一个天真的分时策略,这已经在以前展示的网络QKD系统可实现的速率。我们展示了一个简单的例子,广播QKD协议克服了点对点策略的限制。因此,我们的结果是打开基于网络通道的量子通信技术新框架的重要一步。
2017-06-21 quant-ph
Quantum capacity analysis of multi-level amplitude damping channels
多能级振幅阻尼(MAD)量子信道集是标准量子比特振幅阻尼信道到有限维$d$量子系统的推广。在特殊的情况下,$d=3$,利用降解,数据处理的不平等,和通道同构,我们计算相关的量子和私人经典的能力,相当广泛的一类地图,扩展到目前为止已知的可解模型。然后,我们继续评估的纠缠辅助,量子和经典,能力。
2021-02-10 quant-ph
Capacities of classical compound quantum wiretap and classical quantum compound wiretap channels
我们确定了经典的复合量子窃听信道的容量与信道状态信息在发送端。此外,我们推导出一个下界的容量,这种信道没有信道状态信息和确定的容量的经典量子复合窃听信道的信道状态信息在发送端。
2012-02-03 cs.IT math.IT quant-ph
An Extreme form of Superactivation for Quantum Zero-Error Capacities
信道的零差错容量是指信道能够完美地发送信息的速率,错误概率为零,并且在经典信息论中已经研究了很长时间。我们表明,量子信道的零错误容量表现出极端形式的非加性,这是不可能的经典信道,甚至是通常的量子信道的容量。利用概率论和代数几何相结合的方法,证明了存在完全没有零差错经典容量的信道E1和E2,C_0(E1)= C_0(E2)= 0,但它们的联合零差错量子容量为正,Q_0(E1xE2)>= 1.这种惊人的效应是超激活现象的极端形式,因为它意味着这些通道的经典和量子零误差能力可以同时被超激活,同时是一种严格更强的能力。量子零错误能力的超激活以前是未知的。
2011-09-12 cs.IT math.IT quant-ph
Capacities of Entanglement Distribution From a Central Source
本研究定义并界定了量子信道中EPR和GHZ纠缠态的分发容量,通过连接辅助纠缠蒸馏建立上下界,并给出擦除信道等场景下的精确表达式。
2024-11-07 quant-ph
A communication-efficient nonlocal measurement with application to communication complexity and bipartite gate capacities
量子信息理论中的两个对偶问题是确定模拟二部幺正门的通信代价和确定它们的通信容量。我们提出了一个二分幺正门,它具有两个令人惊讶的性质:1)在无限EPR对的帮助下模拟它需要比选择更好的纠缠态更多的通信,2)它的通信能力远远低于它产生纠缠的能力。这表明:1)无限EPR对不是两方通信任务中最普遍的纠缠辅助模型,2)幺正相互作用的纠缠和通信能力几乎可以独立地变化。这些结果背后的技术贡献是一个通信高效的协议,用于测量是否一个未知的共享状态位于一个指定的秩一子空间或其正交补。
2011-03-04 quant-ph
A hierarchy of efficient bounds on quantum capacities exploiting symmetry
该研究利用$D^{\\#}$的对称性构建正则化量子信息量的半定规划界层级,给出量子信道容量等的高效界,提升了振幅阻尼信道容量估计,并证明正则化夹层Rényi散度可多项式时间近似。
2022-03-04 quant-ph
Estimating Quantum and Private capacities of Gaussian channels via degradable extensions
我们提出了上界的量子和私人容量的单模,相位无关的玻色高斯信道的基础上可降解的扩展。我们的研究结果是国家的最先进的在以下参数区域:低温和高transmittance的热衰减器,低温的加性高斯噪声,高温和中间放大的热放大器。
2021-07-21 quant-ph
Witnessing quantum capacities of correlated channels
我们测试了一种通用的方法来检测两量子比特相关信道的量子信道容量的下限。我们认为,特别是相关的去相位,去极化和振幅阻尼通道。我们表明,该方法是很容易实现的,它不需要先验知识的渠道,它是非常有效的,因为它不依赖于全量子过程层析成像。
2016-11-09 quant-ph
Channel capacities of classical and quantum list decoding
我们专注于经典和量子列表解码。Nishimura在链表数目不按指数增长的情况下得到了链表译码的容量。然而,指数列表的情况下的容量是开放的,即使在经典的情况下,而它的逆部分是由Nishimura。我们推导出信道容量在经典和量子的情况下,指数增长的列表。量子情形的逆部分是通过修改Nagaoka对信道容量强逆定理的简单证明而得到的。直接部分是由一个非常简单的论点推导出来的。
2006-03-21 cs.IT math.IT quant-ph
Bounding the quantum capacity with flagged extensions
本文研究了量子信道凸组合的标记扩张,得到了标记扩张可降解的一般充分条件。一个直接的应用是任何信道的量子$Q$和私有$P$容量的界限,该信道是酉映射和另一信道的混合,其中与酉分量相关联的概率大于$1/2$。然后,我们专门我们的充分条件标记泡利通道,获得一个家庭的量子和私人容量的泡利通道的上界。特别是,我们建立了新的国家的最先进的上界的量子和私人容量的去极化通道,BB84通道和广义振幅阻尼通道。此外,标记的构造可以自然地应用于具有较少限制的降解性条件的通道的张量幂,这表明可以通过考虑大量的通道使用来找到更好的上限。
2022-02-04 quant-ph
Mixed-state certification of quantum capacities for noisy communication channels
我们扩展了最近的方法来检测量子通信信道的量子容量的下限,考虑现实的情况下,一般的输入探测状态和任意的检测程序的输出。现实的证明依赖于一个新的界的相干信息的量子信道,可以应用于任意的二分混合输入状态和广义输出测量。
2017-12-19 quant-ph
Detecting Quantum Capacities of Continuous-Variable Quantum Channels
量子通信信道和量子存储器是大规模量子通信网络的基本组成部分。估计它们传输和存储量子信息的能力对于评估量子通信系统的性能以及检测未来量子网络节点之间的有用通信路径至关重要。然而,量子容量的估计是一个具有挑战性的任务,连续变量系统,如辐射场,通过量子层析成像的完整表征实际上是不可行的。在这里,我们介绍了一种方法,用于检测连续可变的通信信道和存储器的量子容量,而无需执行全过程层析成像。我们的方法适用于设备使用有限次数的一般情况,可以在多次使用中表现出相关性,并且可以在恶意对手的控制下动态变化。该方法是实验友好的,可以实现仅使用有限压缩态和零差测量。
2022-06-30 quant-ph
Private and Quantum Capacities of More Capable and Less Noisy Quantum Channels
介绍了两类新的量子信道,我们称之为更有能力和更少的噪音。更有能力的类由通道组成,使得互补通道对环境的量子容量为零。噪声较小的类由这样的信道组成,使得对环境的补充信道的私有容量为零。对于更有能力的阶层,澄清了私人能力和量子能力是一致的。对于噪声较小的类,澄清了私有容量和量子容量可以用单字母表征。
2012-01-25 cs.IT math.IT quant-ph
Channel capacities via $p$-summing norms
在本文中,我们将展示如何\emph{the metric theory of tensor products}开发的Grothendieck完全适合在信道容量,在\emph{Shannon's information theory}的中心议题的研究。此外,在过去的几年里,香农的理论已经被推广到量子环境,让\emph{quantum information theory}介入。本文研究了限制辅助纠缠下量子信道的经典容量。特别地,这些容量包括量子信道的经典容量和无限纠缠辅助的经典容量。为了处理量子情形,我们将使用$p$求和映射的非对易形式。更准确地说,我们证明了(产品状态)的经典容量的量子信道与限制辅助纠缠可以表示为一个完全$p$ -求和范数的导数。
2014-04-01 math.FA math.OA quant-ph
Bounding quantum capacities via partial orders and complementarity
量子容量是众所周知的难以计算的基本量,并且可以表现出令人惊讶的特性,例如超可加性。因此,大量的文献致力于寻找这些能力的紧密和可计算的界限。通过对量子信道的量子容量和私有容量以及量子态的单向可解纠缠和私有密钥等几个容量的操作性上界,我们增加了一个新的观点.这些界限通常是用涉及补充信道或状态的容量数量来表述的。作为获得这些界限的工具,我们讨论了量子信道和态的偏序,例如噪声较小和能力较大的序。我们的界限有助于进一步了解不同的能力之间的相互作用,因为他们给操作的限制,超加性和能力之间的差异,在信息理论性质的互补通道或状态。它们也可以被用来作为一种新的方法,对数字边界的能力,讨论了一些例子。
2022-02-23 cs.IT math.IT quant-ph
Capacities of Quantum Channels for Massive Bosons and Fermions
本文研究了无噪声量子信道在有限平均质量玻色子和费米子数目下的经典信息传输容量。通过转移巨正则系综产生的Fock态,获得了最大容量。有趣的是,玻色气体的通道容量表明玻色-爱因斯坦凝聚的开始,通过改变其在临界状态下的定性行为,而对于携带弱吸引费米子的通道,它表现出Bardeen-Cooper-Schrieffer跃迁的特征。我们还表明,对于非相互作用的粒子,费米子是更好的信息载体比玻色子。
2006-01-08 cond-mat.stat-mech quant-ph
Non-convexity of private capacity and classical environment-assisted capacity of a quantum channel
经典信道的容量是凸的。对于信道的量子容量,情况并非如此:不同量子信道的混合容量超过单个容量的混合,因此是非凸的。在这里,我们表明,这种效果超出了量子容量,并持有私人和经典的环境辅助容量的量子信道。
2016-09-13 cs.IT math.IT quant-ph
Relative Entropy Bounds on Quantum, Private and Repeater Capacities
我们发现了一个强逆界的私人容量的量子信道辅助无限双向经典通信。该界是基于纠缠的最大相对熵,其证明使用了一个新的基于复插值技术的夹心Rényi发散不等式.我们提供了明确的量子信道的例子,我们的边界改进了换位边界(在经典通信辅助的量子容量上)和基于Takeoka等人引入的压缩纠缠的边界。作为应用,我们研究了经典通信辅助的私有容量的中继器版本,并提供了私有中继器容量可忽略不计的量子信道的示例。
2017-07-02 math-ph math.MP quant-ph
Superadditivity in trade-off capacities of quantum channels
本文研究了量子信道在经典通信、量子通信和纠缠之间的动态容量的可加性现象。如果我们想要最佳地使用量子信道用于一般通信目的,理解这种可加性性质是重要的。然而,在许多情况下,将使用的信道仅具有加性的单或双资源容量,并且很大程度上不知道这是否会导致超加性的双或三资源容量。例如,如果一个信道具有可加的经典和量子容量,那么经典-量子容量可以是超可加的吗?在这项工作中,我们肯定地回答了这些问题。我们给出了这些通道存在的原理证明要求。在大多数情况下,我们可以提供这些量子信道的显式构造。这些超加性现象的存在是令人惊讶的,与经典纠缠和经典量子容量区域的可加性意味着三重容量区域的可加性的结果相反。
2017-08-16 cs.IT math.IT quant-ph
Secrecy capacities of compound quantum wiretap channels and applications
我们确定了在发送端具有量子窃听器和信道状态信息的复合信道的保密容量。此外,我们推导出一个下界的保密容量的信道状态信息和确定的复合经典量子窃听信道的保密容量与信道状态信息在发送端。利用这一结果,我们得到了复合量子信道纠缠产生能力的一个下界的新证明。我们还得到了一个新的证明的纠缠产生能力的复合量子信道的信道状态信息的编码器。
2014-06-03 cs.IT math.IT quant-ph
On the undecidability of quantum channel capacities
University of Ottawa(渥太华大学);QMATH, Department of Mathematical Sciences, University of Copenhagen(哥本哈根大学数学科学系QMATH)
研究量子信道容量计算的难度,证明一般量子信道容量计算为QMA难,部分情况下不可计算,表明量子信道容量可能普遍不可判定。
2026-03-30 cs.CC cs.IT math.IT
Conditions for equality between entanglement-assisted and unassisted classical capacities of a quantum channel
证明了量子信道的Holevo容量与纠缠辅助经典容量之间的几种关系,得到了它们重合的充要条件.特别是,它表明,这些能力相吻合,如果(相应地,只有当)的通道(相应地,$χ$-必要部分的通道)属于类的经典量子信道($χ$ -必要部分是一个限制的通道,通过丢弃所有的状态无用的经典信息的传输)。所得到的条件及其推论推广到线性约束的信道。通过使用这些条件,它示出的问题的巧合的Holevo容量和纠缠辅助的经典容量依赖于约束(即使对于经典的量子信道)。研究了量子信道的量子互信息与$χ$函数(受约束的Holevo容量)之间的差异性质。
2012-08-09 math-ph math.MP quant-ph
An additive refinement of quantum channel capacities
针对现有量子信道容量度量不满足加性、需渐近正则化导致研究困难的问题,研究通过微调量子通信物理设置,得到可用于量子香农定理的加性容量量,验证了冯·诺依曼熵的核心地位。
2025-05-19 cs.IT math.IT quant-ph
Quantum Channel Capacities Per Unit Cost
在噪声信道上的通信通常是在这样的设置中进行的,在该设置中,到信道的不同输入符号产生一定的成本。例如,对于玻色子量子信道,与输入状态相关联的成本是光子的数量,其与消耗的能量成比例。在这种情况下,了解每笔费用可可靠传输的最大信息量通常是有用的。这被称为单位成本的能力。在本文中,我们推广的容量每单位成本的各种通信任务,涉及一个量子信道,如经典通信,纠缠辅助经典通信,私人通信和量子通信。对于每一个任务,我们定义相应的单位成本的能力,并推导出一个公式,它类似于通常的能力。此外,对于特殊的和自然的情况下,有一个零成本的状态,我们得到的表达式中的优化相对熵涉及零成本状态。对于每一个通信任务,我们构建了一个明确的脉冲位置调制编码方案,实现单位成本的容量。最后,我们计算各种玻色子高斯信道的每单位成本的容量,并引入块长度约束的概念,作为一个长期存在的问题,每单位成本的无限容量的解决方案。这激发了区块长度-成本二元性的想法,我们对此进行了深入的阐述。
2018-12-26 cs.IT math.IT quant-ph
Classical Capacities of Averaged and Compound Quantum Channels
确定了复合经典量子信道的容量。由此得到了平均经典量子信道的容量公式。复合信道的容量结果表明,在经典环境中,存在可靠的通用经典量子码的情况下,用于传输信息的信道的唯一先验信息是,它属于一组给定的无记忆经典量子信道。我们的方法是基于量子相对熵的普遍经典近似,这反过来又依赖于普遍的假设检验结果。
2009-02-16 cs.IT math-ph math.IT
Efficient Approximation of Quantum Channel Capacities
我们提出了一种迭代方法近似的经典量子信道的容量与一个离散的输入字母表和一个有限维的输出,可能在额外的约束下的输入分布。基于凸规划的对偶性,给出了其容量的上下界。为了提供对容量的$\varepsilon$接近估计,所提出的算法需要$O(\tfrac{(N \vee M) M^3 \log(N)^{1/2}}{\varepsilon})$,其中$N$表示输入字母表大小,并且$M$表示输出维度。然后,我们推广的任务,近似的经典量子信道的能力与有界连续输入字母表和有限维输出的方法。对于具有有限维量子力学输入和输出的信道,通用编码器的想法允许我们使用相同的方法近似Holevo容量。特别是,我们表明,近似的Holevo容量的问题,可以减少到一个多维的整合问题。对于家庭的量子信道满足一定的假设,我们表明,推导出一个$\varepsilon$接近解决方案的Holevo容量的复杂性是次指数,甚至多项式的问题的大小。我们提供了几个例子来说明在实践中的近似方案的性能。
2014-07-30 cs.IT math.IT quant-ph
Capacities of noiseless quantum channels for massive indistinguishable particles: Bosons vs. fermions
我们考虑通过无噪声的量子信道的信息传输,其中信息被编码成质量不可区分的粒子:玻色子或费米子。我们研究粒子不相互作用的情况。编码输入状态服从一组物理激励的能量和粒子数的平均值的约束。在这种情况下,经典和量子容量的确定都归结为熵的约束最大化。在非相互作用玻色子的情况下,可以观察到玻色-爱因斯坦凝聚的特征。这些考虑的一个主要动机是比较携带玻色子的通道与携带费米子的通道的信息承载能力。我们分析表明,费米子一般提供更高的通道容量,即,与玻色子相比,它们更适合于传输比特以及量子比特。这适用于大范围的幂律势,并适用于中高温。数值模拟似乎表明,该结果适用于所有温度。此外,我们考虑的三维盒和谐波陷阱的低温行为,我们再次表明,费米子的容量是高于玻色子的足够低的温度。
2007-03-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
End-to-End Capacities of Imperfect-Repeater Quantum Networks
通信网络的最佳性能不仅受到点对点信道质量的限制,而且还受到其组成技术的功效的限制。理解量子网络的极限需要理解量子信道的极限容量和不完美量子中继器的效率。在这项工作中,使用最近开发的节点分裂技术,将内部损耗和噪声引入中继器设备,我们提出了可实现的端到端速率的噪声中继器量子网络。这些都是通过扩展到端到端的容量下限,无论是在单路径和多路径路由的上下文中的相干和反向相干信息(单信道容量下限)。这些可实现的速率是完全通用的,并且适用于由以一般拓扑结构排列的任意信道组成的网络。通过这个一般的形式主义,我们展示了如何紧的上限也可以通过补充适当的单边容量界限。因此,我们开发的工具,提供严格的性能界限的量子网络组成的通道,其容量并不确切知道,并揭示了关键的网络特性,这是必要的高速率量子通信。这使得研究相关类别的量子网络与现实的技术;量子位振幅阻尼网络和玻色子热损耗网络。
2022-07-12 cs.NI quant-ph
A Survey on Quantum Channel Capacities
量子信息处理利用信息的量子性质。它在计算机科学领域提供了全新的解决方案,并将可能性扩展到经典通信系统无法想象的水平。对于量子通信信道,许多新的容量定义相比于经典的同行。量子信道可以用来实现经典信息的传输,也可以用来传递量子信息,如量子纠缠。在这里,我们回顾量子通信信道的性质,各种容量的措施和经典和量子信道之间的根本区别。
2018-01-06 cs.IT math.IT quant-ph
Flagged Extensions and Numerical Simulations for Quantum Channel Capacity: Bridging Theory and Computation
本文通过标记扩展技术和数值模拟研究量子信道容量,验证了幅度退相干信道的退化性及去极化信道的多字母超加性。
2026-01-18 cs.IT math.IT quant-ph
Critically excited states with enhanced memory and pattern recognition capacities in quantum brain networks: Lesson from black holes
我们实现了一种机制-最初提出的模型的大内存存储容量的黑洞-在量子神经网络和显示,指数增加的模式存储和识别的能力是在某些临界激发态,而不涉及突触可塑性。我们考虑一个简单的网络的N个相互连接的量子神经元与弱兴奋性突触连接。我们发现,对于冻结的突触权重存在增强的记忆存储容量的临界状态。这些状态的实现要归功于一些神经元的高兴奋水平,尽管突触连接很弱,但这大大降低了其余较弱兴奋神经元的反应阈值。结果,后者神经元获得了在狭窄的能隙内存储指数级大量模式的能力。存储的模式可以识别和检索的影响下,任意软输入刺激完美的反应。与此形成鲜明对比的是,在相同的刺激下,回忆在系统的基态中是不存在的。我们的经验是,具有最高微观状态熵和记忆存储容量的状态不一定是能量的局部最小值,而是激发临界状态。所考虑的现象具有平滑的经典极限,可以用于实现增强的记忆存储容量在经典的大脑网络。
2017-11-24 cond-mat.dis-nn hep-th quant-ph