Constant-Space Quantum Interactive Proofs Against Multiple Provers
我们提出了多证明者量子交互证明系统的双向通信模型的计算复杂度的上界和下界，其验证者被限制为测量多双向量子有限自动机。我们证明了：（i）在预期的多项式时间内运行的多个证明器系统所识别的语言恰好是NEXP中的语言，NEXP是非确定性指数时间复杂度类，（ii）如果我们进一步要求验证器是单向量子自动机，那么它们的相关证明系统识别上下文无关语言，但不超过NE中的语言，NE是非确定性线性指数时间复杂度类，而且，（iii）当没有时间限制时，证明系统变得像图灵机一样强大。前两个结果肯定地回答了Nishimura和Yamakami提出的一个开放性问题[J. Comput. System Sci，75，pp.255--269，2009]，多证明者量子交互证明系统是否比单证明者更强大。我们的证明是简单和直观的，虽然他们严重依赖于早期的结果多证明交互式证明系统的Feige和Shamir [J。系统科学，44，pp.259--271，1992]。
2014-05-27 cs.CC quant-ph
Lower bounds for quantum communication complexity
我们证明了有界错误量子通信复杂度的新下界。我们的方法是基于所考虑的功能的傅立叶变换。首先，我们推广的方法证明经典的通信复杂性下界开发的拉兹量子的情况下。应用这种方法，我们给出了有界错误量子通信复杂度和非确定性量子通信复杂度之间的指数分离。我们开发了其他几个下界的方法的基础上的傅立叶变换，特别是显示，\sqrt{\bar{s}(f)/\log n}，为平均灵敏度\bar{s}（f）的函数f，产生一个下界的有界错误量子通信复杂度的f（x与y异或z），其中x是一个布尔字持有的爱丽丝和y，z是布尔字持有的鲍勃。然后，我们证明了第一个大的下界上的有界错误量子通信复杂度的功能，多项式量子加速是可能的。对于所有的功能，我们调查，只有以前应用的一般下界方法的基础上的差异产生的界限是O（\log n）。
2002-04-15 quant-ph
Fooling One-Sided Quantum Protocols
我们使用古老的“愚弄集”方法来证明各种函数的量子通信复杂度的新下界。设f：X x Y-->{0，1}是布尔函数，fool ^1（f）是1-输入中的最大愚弄集大小，Q_1^*（f）是有先验纠缠的单边错误量子通信复杂度，NQ（f）是非确定性量子通信复杂度（没有先验纠缠;这个模型在共享随机性或纠缠的情况下是平凡的）。我们的主要结果如下，其中log以2为底：* 如果最大愚弄集是“上三角”（例如等式、不相交和大于函数的情况），那么我们有Q_1^*（f）>=（1/2）log fool ^1（f）- 1/2，这在超密集编码中是最优的。从早期的技术中，似乎没有超常数的相等下限。* 对于所有的f，我们有Q_1^*（f）>=（1/4）log fool^1（f）- 1/2，这是最优的，直到系数为2。* NQ（f）>=log \fool^1（f）/2 + 1。我们不知道在这个结果中是否需要因子1/2，但它不能用1代替：我们给出一个例子，其中NQ（f）~0.613 log fool ^1（f）。
2012-09-25 cs.CC quant-ph
Long-distance transmission of quantum key distribution coexisting with classical optical communication over weakly-coupled few-mode fiber
量子密钥分发（QKD）是量子信息处理中最具实际意义的应用之一，它可以在远端用户之间产生信息论安全的密钥。借助波分复用技术，量子密钥分配技术已经与经典的光通信网络相结合。少模光纤（FMF）模-波长双重复用技术可以进一步提高波分复用性能，与多芯光纤相比，FMF具有额外的模隔离度和较大的模有效芯面积，尤其在制作和拼接技术上更具有实用性。在这里，我们提出了第一次共存的QKD实现与经典的光通信弱耦合FMF使用全光纤模式选择耦合器。在发射功率为-2.60dBm的情况下，利用1.3kbps的实时安全密钥生成，实现了量子密钥分发在86kmFMF上与100Gbps经典数据信道的共传播。与单模光纤相比，在相同的光纤输入功率下，FMF的平均拉曼噪声降低了86%。我们的工作实现了量子密钥分配与经典光通信的融合，并展望了量子通信与下一代模分复用网络的兼容性
2020-02-02 quant-ph
Information and communication in polygon theories
广义概率论（GPT）提供了一个框架，人们可以在其中制定物理理论，包括经典和量子理论，但也有许多其他的替代理论。为了比较不同的GPT，我们提倡一种方法，其中一个视图中的状态GPT作为一种资源，并量化不同的这种资源之间的相互转换的成本。我们在多边形理论（Janotta等人，New J. Phys 13，063024，2011）上说明了这种方法，该多边形理论在经典trit（当n=3时）和实量子比特（当n=无穷大时）之间插值（随着多边形的边的数量n的增加）。我们的主要结果是，模拟一个单一的n边形态的传输需要一个以上的量子比特，或超过log（log（n））比特，和n边形态与n奇数不能模拟的n '边形态与n'偶数（对于所有的n，n '）。这些结果是通过以下方式获得的：表明具有n个偶数的单个n边形状态的经典容量是1比特，而当n是奇数时，它大于1比特;通过表明传输具有n个偶数的单个n边形状态违反信息因果关系;以及通过显示研究使用n边形状态的非确定性不相等函数的通信复杂度成本。
2014-03-12 quant-ph
Low-Sensitivity Functions from Unambiguous Certificates
我们提供了新的查询复杂性分离对总布尔函数的敏感性：确定性（甚至随机或量子）查询复杂性和敏感性之间的功率$3$分离，和证书复杂性和敏感性之间的功率$2.22$分离。我们得到这些分离，通过使用一个新的连接之间的敏感性和一个看似无关的措施称为单侧明确的证书复杂性（$UC_{min}$）。我们还表明，$UC_{min}$是下界的分数块敏感性，这意味着我们不能使用这些技术得到一个超二次分离之间的$bs(f)$和$s(f)$。我们还提供了布尔函数的树敏感性和决策树复杂性之间的二次分离，反驳了Gopalan，Servedio，Tal和Wigderson的猜想（CCC 2016）。在此过程中，我们给出了证书复杂性和单侧明确证书复杂性之间的功率$1.22$分离，改进了Göös（FOCS 2015）导致的功率$1.128$分离。因此，我们得到了一个改进的$Ω(\log^{1.22} n)$下限的共非确定性通信复杂性的集团与独立集的问题。
2017-11-15 cs.CC quant-ph
Optimal propagation distance for maximal biphoton entanglement through the weakly turbulent atmosphere
针对自由空间量子通信受大气湍流影响的问题，本文基于扩展惠更斯-菲涅耳原理和Kolmogorov模型推导SPDC双光子经湍流传输的密度算符，明确了角OAM纠缠最大化的最优传输距离区间。
2025-11-13 quant-ph
Continuous-variable quantum repeater based on quantum scissors and mode multiplexing
量子中继器对于高速率、长距离的量子通信是不可或缺的。未来量子互联网的愿景很大程度上取决于在实践中实现量子中继器。已经提出了许多中继器用于基于离散变量（DV）的单光子量子通信。在电磁场模式的正交自由度上的连续变量（CV）编码提供了一种有吸引力的替代方案。例如，CV传输系统与其DV对应物相比更容易与现有的光学电信系统集成。然而，CV的复读生仍然难以捉摸。我们提出了一种新的量子中继器方案，用于在有损玻色子信道上进行CV纠缠分发，该方案克服了直接传输指数率损耗折衷。该方案涉及中继器节点，包括a）双模压缩真空（TMSV）CV纠缠源，b）量子剪刀操作以执行有损TMSV状态的非确定性无噪声线性放大，c）由第二代DV中继器启发的切换模式复用层，这是除了使DV中继器工作的概率纠缠纯化之外的关键成分，以及d）非高斯纠缠交换操作。我们报告我们的确切结果的速率损失包络实现的计划。
2020-01-19 quant-ph
The Power of One Clean Qubit in Communication Complexity
我们研究量子通信协议，在这种协议中，参与者的存储开始于一个量子位处于纯态的状态，所有其他量子位完全混合（即处于随机状态），并且没有其他存储可用（用于消息或内部计算）。在量子线路的模型中已经广泛地研究了对可用量子存储器的这种限制，并且已知的是，在多项式层级不崩溃的假设下，当模拟的加性误差（在输入长度上）呈指数级小时，经典地模拟在这样的存储器上操作的量子线路是困难的。我们在通信复杂性中研究这种设置。目标是考虑模拟硬度结果的较大附加误差，并且不使用未经证实的假设。我们为这个模型定义了一个复杂性度量，考虑到标准的误差减少技术在这里不起作用。我们定义了一个时钟和半非时钟模型，并描述这些之间的有效模拟。我们刻画了一个单向通信版本的模型弱无界错误通信复杂性。我们的主要结果是，有一个量子协议只使用一个干净的量子位，并使用$O(\log n)$量子位的通信，这样，任何经典的协议模拟的接受行为的量子协议内的附加错误$1/poly(n)$需要通信$Ω(n)$。我们还描述了一个候选问题，其中一个干净的量子比特的通信复杂度和随机化的复杂度之间的指数差距是可能的，因此一个干净的量子比特模型在{ \em常数}加性误差的经典模拟可能是很难在通信复杂度。我们描述了一个几何猜想，意味着下界。
2019-12-28 cs.CC quant-ph
Usefulness of classical communication for local cloning of entangled states
利用局域操作和经典通信技术解决了具有固定纠缠度的纯纠缠双量子比特态的最优克隆问题。令人惊讶的是，当且仅当初始纠缠高于某个临界值时，双方之间的经典通信可以提高本地克隆的保真度。它对弱纠缠态是完全无用的。我们还表明，具有正部分转置的束缚纠缠态作为一种资源，以提高最佳的本地克隆保真度不是有用的。
2006-03-23 quant-ph
Implementation of multipartite unitary operations with limited resources
提出了一种利用少量纠缠和经典通信实现弱纠缠多体么正操作的一般方法。对于简单的哈密顿量σ_z \otimes σ_z，该方法比以前已知的方法需要更少的纠缠。此外，应用多个操作的压缩以减少所需的平均通信。
2006-08-20 quant-ph
Key distillation from quantum channels using two-way communication protocols
我们提供了一个一般的形式化描述的加密特性的量子信道在现实的情况下，两个诚实的当事人采用准备和测量协议和已知的双向通信和解技术。对于高维的泡利量子比特信道和广义泡利信道，我们得到了利用这类方案提取密钥的一个充分必要条件。我们的结果可以应用于标准协议，如BB84或六态，给出了20%和27.6%的临界错误率，分别。我们探讨了几种可能性，扩大这些界限，没有任何改进。这些结果表明，可能存在弱纠缠信道无用的密钥分配使用准备和测量方案。
2006-10-09 quant-ph
Unbounded Error Quantum Query Complexity
本文研究了布尔函数的量子查询复杂性，在这种情况下，只需要查询算法的成功概率严格大于1/2。我们表明，就像在通信复杂性模型中一样，对于任何（部分或全部）布尔函数，无界错误量子查询复杂性恰好是其经典对应物的一半。此外，我们表明，“黑箱”的方法转换量子查询算法到通信协议的Buhrman-Cleve-Wigderson [STOC'98]是最佳的，即使在无限的错误设置。我们还研究了与无界错误模型相关的设置，称为弱无界错误设置，其中查询算法的成本由q+log（1/2（p-1/2））给出，其中q是查询的数量，p>1/2是算法的成功概率。在对比的情况下，通信的复杂性，我们表现出紧密的Theta（log n）分离量子和经典的查询复杂性的弱无界错误设置的部分布尔函数。我们还证明了它们之间的渐近等价性的一些研究充分的总布尔函数。
2007-12-10 quant-ph
Faithful quantum state transfer between weakly coupled qubits
量子信息理论的优势之一是它可以处理量子态而不需要参考它们特定的物理表示。理论上，量子态可以通过它们的相互作用在各种量子系统之间完全交换，并且这种量子态转移对于许多量子通信和信息处理任务是至关重要的。然而，在实践中，可实现的相互作用时间和强度往往受到退相干的限制。在这里，我们提出并实验证明了一个程序之间的两个弱相互作用的量子比特的忠实量子态转移。我们的方案使得源量子比特的任意未知状态到最初在已知状态中准备的目标量子比特的概率性但完美的单向转移成为可能。根据对源量子位的测量结果，通过对源量子位的合适测量和对目标量子位的量子滤波的组合来实现转移。我们实验验证的可行性和鲁棒性的传输使用线性光学设置与量子比特编码成单光子的偏振态。
2016-06-30 quant-ph
Unbounded-Error Classical and Quantum Communication Complexity
自从Paturi和Simon \cite [FOCS'84 & JCSS'86]{PS 86}的开创性工作以来，基于点和超平面的排列研究了布尔函数的无界错误经典通信复杂性。最近，\cite [ICALP'07]{INRY 07}发现，{ \em one-way communication}模型中的无界错误{ \em quantum}通信复杂度也可以使用该安排来研究，并且表明它正好是经典单向通信复杂度的一半（没有甚至一个量子比特的差异）。在本文中，我们扩展的安排参数的{ \em双向}和{ \em同时消息传递}（SMP）模型。结果表明，对于{ \em any}部分/全布尔函数，无边界错误的双向/单向/SMP量子/经典通信复杂度具有相似的紧界，这意味着它们在乘法常数为4时是等价的.此外，安排的论点也被用来表明之间的差距{ \em弱}无界错误量子和经典的通信复杂性最多是三个因素。
2007-09-18 quant-ph
Weak entanglement improves quantum communication using only product measurements
本文证明仅用乘积测量或部分贝尔态分析器，弱纠缠甚至不可导引的含噪态也能提升量子比特信道中秘密共享任务的成功率，并在实验中超越最佳无纠缠辅助协议，表明简单测量能克服大量噪声。
2024-03-26 quant-ph
Measurement-Assisted Quantum Communication in Spin Channels with Dephasing
我们提出了一个协议，用于对抗弱耦合到发送者和接收者量子比特的噪声自旋通道上的量子态传输中的退相效应。我们的协议，基于执行定期的全球测量的信道上，显着抑制有害的环境影响，并提供更高的可靠性比传统的无测量方法。我们的建议也可以作为一个强大的两量子比特纠缠门在遥远的自旋。我们的计划计数器任何来源的失相，包括那些建立良好的动态解耦方法失败。我们的协议是概率性的，考虑到量子测量的内在随机性，但它的成功概率可以通过适当调整测量的速率来最大化。
2015-10-22 cond-mat.str-el quant-ph
The minimal communication cost for simulating entangled qubits
本文分析了重现一般纠缠量子比特对局部投影测量统计所需的经典通信量，提出仅需一个经典三进制位即可完美模拟所有纠缠对，并证明在纠缠度趋近于零时通信代价严格小于最大纠缠情况。
2023-10-11 quant-ph
Encryption with Weakly Random Keys Using Quantum Ciphertext
缺乏完美的随机性可能会在保护双方之间的通信方面造成重大问题。McInnes和Pinkas证明了当密钥从弱随机源采样时，无条件安全加密是不可能的。无论密码系统的设计如何，攻击者总是可以获得一些关于明文的信息。最值得注意的是，攻击者可以获得关于明文的全部信息，如果他可以访问关于源的两个比特的信息（无论密钥的长度如何）。在本文中，我们表明，对于每一个弱随机源有一个密码系统的经典明文，经典的密钥，和量子密文的范围内的对手的概率p猜测正确的明文严格下的麦金尼斯-平卡斯界，除了一个单一的情况下，它符合的范围。此外，无论随机性的来源如何，只要密钥中存在一些不确定性（香农/最小熵不为零），对手的概率p就严格小于1。这些结果是另一个证明，量子信息处理可以解决密码任务的安全性严格高于经典的信息处理。
2012-02-17 quant-ph
On the Power of Quantum Distributed Proofs
本文深入研究了 dQMA 协议在各类判定问题上的能力，提出了更高效的相等问题协议并证明了其在大型路径网络上的量子优势，同时为排序验证等问题构建了高效协议，并首次给出了 dQMA 协议的证明与通信成本下界。
2024-03-21 cs.DC quant-ph
Secure Optical Networks Based on Quantum Key Distribution and Weakly Trusted Repeaters
在本文中，我们将探讨最新技术如何提高光网络的安全性。特别是，我们研究了如何使用量子密钥分发（QKD）在常见的光网络基础设施，并提出了一种方法，以克服其距离限制。QKD是第一个仅依赖于量子物理基本原理提供信息论密钥分配的技术。点对点QKD设备已经达到成熟的工业状态;然而，这些设备在距离上受到严重限制，因为量子级的信号（例如单光子）受到通信信道和中间设备中损耗的高度影响。为了克服这种限制，使用中间节点（即中继器）。量子机制和可信的经典中继器都已经在QKD文献中提出，但只有后者可以在实践中实现。作为一种新颖性，我们在这里提出了一个新的QKD网络模型的基础上使用不完全信任的中间节点，称为弱信任中继器。这种方法迫使攻击者同时破坏几条路径来访问交换的密钥，从而显著提高了网络的安全性。我们正式使用网络代码的模型，并提供真实的场景，允许用户交换安全密钥的城域光网络，只使用无源组件。此外，理论框架允许扩展这些场景，不仅可以适应更复杂的信任约束，而且还可以考虑网络上的鲁棒性和弹性约束。
2013-04-15 cs.CR cs.NI quant-ph
Analytical Methods for High-Rate Global Quantum Networks
未来全球量子通信网络（或量子互联网）的发展将使高速率的私人通信和纠缠分布在非常长的距离。然而，地基量子网络（通过光纤使用光子作为信息载体）的大规模性能从根本上受到光纤质量和链路长度的限制，后者是实际网络架构的主要设计因素。虽然这些基本限制对于任意网络拓扑都是很好的，但如何最好地设计全局架构的问题仍然是开放的。在这项工作中，我们介绍了一个大规模的量子网络模型称为弱正则架构。这样的网络能够理想化网络连接，提供自由来捕获广泛的空间拓扑，并保持分析可处理。这使我们能够研究具有一致连接属性的大规模网络的有效性，并揭示端到端速率保持最佳的临界条件。此外，通过对理想的地面量子网络与现实的卫星量子通信协议进行严格的性能比较，我们建立了卫星可以用于优于基于光纤的量子基础设施的条件;严格证明了基于卫星的技术在全球量子通信中的有效性。
2022-01-24 cs.NI quant-ph
