Optimal Encoding Capacity of a Linear Optical Quantum Channel
在这里，我们研究了量子信道的容量，假设线性光学编码，作为可用光子和光学模式的函数。首先，我们观察到，通过不将自己限制在轨道编码的量子位基础上，可以实现实质性的改进。然后，我们推导出一般信道容量的解析公式，并表明这种容量是在不需要使用可扩展的通用量子计算通常需要的纠缠操作的情况下实现的，例如KLM测量辅助变换。作为一个例子，我们提供了一个显式编码方案，使用标准密集编码所需的资源，使用两个双轨量子位（4种模式中的2个光子）。在这种情况下，我们的协议编码一个额外的信息位。对于较大的系统，预期会有更大的增益。
2015-08-10 cs.IT math.IT quant-ph
Capacity of a simultaneous quantum secure direct communication scheme between the central party and other M parties
我们分析了一个通过$M+1$ -粒子GHZ态和交换量子纠缠在中心方和其他$M$方之间同时进行量子安全直接通信的方案的容量。结果表明，如果其他$M$方希望秘密地向中心方发送$M+1$比特经典消息，则编码方案应该是秘密的。然而当编码方案公开时，我们证明了无论$M$有多大，该方案传输秘密消息的容量都是2比特。
2006-04-18 quant-ph
Gaussian capacity of the quantum bosonic channel with additive correlated Gaussian noise
提出了一种计算加性高斯噪声下量子玻色存储信道的高斯经典容量的算法。该算法仅限于高斯输入状态，适用于所有信道的噪声相关性遵守一定的条件，并在全输入能量域工作，超出了以前的处理这个问题。作为示例，我们研究了具有高斯-马尔可夫噪声的量子存储信道的最佳输入状态和容量[J. Schäfer，Phys. Rev. A 80，062313（2009）]。我们评估的传输速率的增强时，使用这些最佳的纠缠输入状态的产品相干态编码相比，发现这样一个简单的相干态编码实现不低于90%的容量。
2011-09-18 quant-ph
Minimal Help, Maximal Gain: Environmental Assistance Unlocks Encoding Strength
针对输出维度小于输入维度的量子信道，提出广义框架，证明环境最小辅助可最优恢复编码能力，且非信号关联无法替代，并刻画任意维度信道中传统环境辅助容量与真实编码潜力的显著分离。
2025-09-11 quant-ph
Classical capacity of the lossy bosonic channel: the exact solution
精确计算了有耗玻色子信道的经典容量。结果表明，它的Holevo信息不是超加性的，并且相干状态编码实现容量。作为一个例子，给出了远场，自由空间光通信的容量。
2004-01-15 quant-ph
Additive Classical Capacity of Quantum Channels Assisted by Noisy Entanglement
本文给出了在有噪声的量子信道中经典信息传输的容量公式，该信道由发送方进行可分离编码，接收方的预共享辅助信道提供有限的资源.而不是一个纯粹的状态，我们认为在一个混合的状态，纯化的“证人”的信号辅助对。因此，信号-见证相关限制了从信号-辅助相关可用的资源。我们的公式表征了不同形式的资源，包括嘈杂或有限的纠缠援助，经典通信的效用。在可分离编码的情况下，发送方的信号在多个信道使用中仍然允许纠缠，但我们的容量公式是可加的。特别地，对于广义协变信道，我们的容量公式具有简单的封闭形式。此外，我们的可加性容量公式上限的一般相干攻击的信息增益在各种双向量子密钥分发协议。对于高斯协议，公式的可加性表明集体高斯攻击是最强大的。
2017-05-19 quant-ph
Improved quantum capacity bounds of Gaussian loss channels and achievable rates with Gottesman-Kitaev-Preskill codes
高斯损耗信道是特别重要的，因为它们模拟现实的光通信信道。除特殊情况外，高斯损耗信道的量子容量目前还不完全清楚。在本文中，我们提供了改进的高斯损失信道容量的上限，无论是在能量约束和无约束的情况下。我们简要回顾Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）代码，并讨论其实验实现。然后，我们证明，在能量不受约束的情况下，GKP码实现高斯损失信道的量子容量，最多从改进的上限一个恒定的差距。在能量受限的情况下，我们制定了一个双凸编码和解码优化问题，以最大限度地提高纠缠保真度。的双凸优化解决了交替半定规划（SDP）的方法，我们报告说，从随机初始代码，我们的数值优化产生GKP代码作为最佳编码在一个实际相关的制度。
2018-02-06 quant-ph
Additivity of Entangled Channel Capacity for Quantum Input States
介绍了统一量子信息理论的代数方法和量子纠缠作为广义编码的运算方法。在引入复合量子态和Araki-Umegaki（a型）和Belavkin-Staszewski（b型）量子相对熵信息发散的基础上，通过广义编码处理了两类量子互信息，并定义了两类相应的量子信道容量为上确界。证明了量子信道容量通过纠缠的可加性，从而将V. P. Belavkin的结果推广到任意量子信道对任意类型的量子相对熵的乘积.
2007-02-10 quant-ph
Classical information capacity of superdense coding
通过量子信道的经典通信可以通过共享纠缠来增强。超密集编码允许在单个量子位中编码和传输多达两个经典信息位。本文导出了非最大纠缠态的最大经典信道容量。然后，特定的计划，以达到这一能力，首先是对量子位，其次是对qutrits。
2001-01-23 quant-ph
On the classical capacity of quantum Gaussian channels
作用于一个玻色子模的量子高斯信道集合可以根据高斯幺正群的作用进行分类。我们寻找属于这样一个分类的通道的经典容量的界限。下限可以有效地计算限制高斯编码，我们提供了解析表达式。
2011-03-02 quant-ph
Entanglement, Quantum Entropy and Mutual Information
研究了半有限vonNeumann代数中量子耦合和量子纠缠的运算结构，并对其进行了分类。我们证明了经典-量子对应如量子编码可以看作对角半经典（d-）耦合，而真正量子（q-）耦合的纠缠可以看作真正量子编码. d-复合态和纠缠态的相对熵导致给定量子态的两种不同类型的熵：冯诺伊曼熵，它是在所有d-纠缠上实现的互信息的最大值，以及维度熵，它是在标准纠缠--真正的量子纠缠，仅在纯边缘态的情况下与d-纠缠一致。量子噪声信道的d-和q-信息分别通过输入d-和q-编码来定义，并且量子无噪声信道的q-容量被发现为输入代数的维数的对数。量子容量可以是经典容量的两倍，经典容量是所有d-耦合或编码的上确界，由最大阿贝尔子代数的维数的对数所限定。
2002-08-15 quant-ph
Entanglement Transmission Capacity of Compound Channels
我们确定的最佳可实现的速率，在该纠缠可以可靠地传输时，在传输过程中使用的无记忆信道是未知的发送器和接收器。更准确地说，我们假设他们都只知道信道属于给定的信道集合。因此，他们必须使用对整个集合都能很好地工作的编码和解码方案。
2009-04-20 quant-ph
New lower bounds on the non-zero capacity of Pauli Channels
我们研究了为量子信道的非零容量提供最佳已知阈值的编码，即，可校正噪声的上限，使用熵方法计算阈值。我们的研究结果表明，泡利噪声是可校正的哈希边界。对于去极化信道，这种方法允许实现对于f=0.80870的保真度（无误差概率）的非零容量。
2008-10-08 quant-ph
Influence of Atmospheric Turbulence on Optical Communications using Orbital Angular Momentum for Encoding
我们描述了一个实验实现的自由空间11维通信系统使用轨道角动量（OAM）模式。该系统具有2.12比特/光子的最大测量OAM信道容量。量化了Kolmogorov薄相湍流对OAM信道容量的影响。我们发现，增加湍流导致信道容量的退化。我们能够通过增加检测到的OAM模式之间的间距来减轻湍流的影响。该研究对高维量子密钥分发（QKD）系统具有重要意义。我们描述了可以使用我们目前的技术构建的QKD系统。
2012-06-04 physics.optics quant-ph
Experimental witnessing of the quantum channel capacity in the presence of correlated noise
我们提出了一种实验方法来检测两个量子比特通信信道的量子容量的下限。我们认为，实施与偏振度的自由度的两个光子和报告的效率，这样的方法中存在的相关噪声的相关强度的变化值。该过程是基于两个量子比特的可分离状态的产生和在输出端的本地测量。我们还比较了相关的两个量子比特信道与对应于每个子系统上的部分迹线的单量子比特信道的性能，从而显示了适当考虑相关性以实现更大量子容量的有益效果。
2020-10-21 quant-ph
Distributed super dense coding over noisy channels
我们研究了协变噪声信道下的多部超密集编码。我们调查的情况下，许多的接收器和一个接收器，考虑酉和非酉编码。我们研究的情况下，网络应用本地编码或全局编码。我们表明，一些预处理的原始状态，的的pixel不能做更好的编码比本地，单一的编码。然后，我们介绍一般泡利通道作为一个重要的例子，协变映射。考虑到泡利信道，我们提供了超密集编码容量明确确定的例子。
2012-03-06 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
The capacity of the quantum depolarizing channel
计算了d维去极化信道的信息承载能力。它示出，这种能力可以通过编码的消息作为产品的纯状态属于一个正交基的状态空间，并使用测量这是产品的投影到这个相同的正交基。换句话说，无论是纠缠信号态还是纠缠测量都不会对信息容量产生任何优势。结果如下从加性定理的产品的去极化信道与任意信道的容量。对于所有p >= 1，我们建立了这个乘积通道的Amosov-Holevo-Werner p-范数猜想，并由此推导出最小熵和Holevo量的可加性。
2002-05-02 quant-ph
Quantum Steganography over Noiseless Channels: Achievability and Bounds
量子隐写术是通过将秘密的量子信息编码成窃听者会认为是无辜的消息来隐藏秘密信息的研究。在这里，我们研究了一个显式隐写编码的爱丽丝隐藏她的秘密信息的纠错码的伴随式，使编码模拟一个给定的噪声量子信道。我们计算了使用这种编码的无噪声量子信道上的隐写通信的可达速率。我们给出了通信过程的保密性和可靠性的定义，并与这些假设推导出隐写通信量的上限可能，并表明这些界限匹配的通信速率与我们的编码。这给出了用于模拟给定噪声信道的无噪声信道的隐写容量。
2018-05-04 quant-ph
Every entangled state provides an advantage in classical communication
我们研究了利用噪声纠缠作为量子信道的经典通信资源。特别地，我们感兴趣的问题是，对于任何纠缠态，包括束缚纠缠态，是否存在一个量子信道，其经典容量可以通过提供状态作为额外的资源来增加。我们部分地回答了这个问题，显示，对于任何纠缠态，存在一个量子存储通道的反馈辅助经典容量的产品编码，可以通过使用状态作为资源增加。使用不同的（无记忆）信道构造，我们还提供了一个充分的熵条件的优势，在经典的通信（无反馈和一般的编码），从而提供了一个例子的状态，是不可比拟的单向本地操作和经典的通信（LOCC），但可以提供一个优势，在经典容量的一些量子信道。由于可分态在经典通信中不能提供优势，我们的条件也提供了熵纠缠见证。
2018-10-26 quant-ph
The capacity of coherent-state adaptive decoders with interferometry and single-mode detectors
研究一类用于相干状态序列的自适应解码器（AD），特别包括用于光信号处理的最常见技术，例如，干涉仪、相干位移和光子计数探测器。更一般地，我们认为AD的包括基于被动多模高斯酉和任意单模破坏性测量的自适应程序。对于相干态编码的量子相位不敏感高斯信道上的经典通信，我们证明了AD的最佳信息传输速率不大于单模解码器的最佳信息传输速率。我们的结果还意味着量子相位不敏感高斯信道的最终经典容量是不可能实现与考虑类AD的。
2017-07-18 quant-ph
Exact Quantum Capacity of Decohering Channels in Arbitrary Dimensions
Sharif University of Technology（谢里夫理工大学）
该研究推导了任意维度下退相干通道的精确量子容量公式，揭示了退相干过程对量子信息保真度的影响，并为量子记忆和容错通信提供了理论指导。
2025-11-15 quant-ph
Concatenated Capacity-Achieving Polar Codes for Optical Quantum Channels
针对有噪声的光量子信道，构造了级联容量实现量子码。我们证明了所提出的低复杂度级联方案可以降低实现容量的量子极化编码的错误概率。
2013-02-13 cs.IT math.IT quant-ph
Multiple-Access Bosonic Communications
当发射机被限制为相干状态编码时，推导出在玻色子多址信道（MAC）上可靠地传输经典信息的最大速率。最后给出了玻色MAC极限容量区域的内、外边界。它示出的和速率上限是可实现的相干态编码，整个区域是渐近实现的大的平均输入光子数的限制。
2005-10-18 quant-ph
An architectural capacity ceiling, not a barren plateau: why a fixed-encoding variational quantum circuit cannot fit the Lorenz-63 attractor
Texas A&M University（德克萨斯理工大学）
本文比较了固定回路与变分量子架构在洛伦兹系统混沌时间序列预测中的性能，发现QRC在训练速度和测试误差方面优于QPINN，且其稳定性源于非变分架构的设计。
2026-07-17 cs.LG quant-ph
Beating the channel capacity limit for linear photonic superdense coding
密集编码可以说是启动量子通信领域的协议。然而，今天，在其最初的实验实现十多年后，通道容量仍然基本上是有限的，因为光子使用线性元件的设想。由于不可能用线性光学对所有四种贝尔状态进行确定性鉴别，Bob只能向Alice发送四种潜在消息中的三种，从而将可获得的信道容量从2减少到log_2 3 \approx 1.585比特。然而，额外自由度的纠缠使得能够完全和确定性地区分所有Bell态。利用自旋和轨道角动量同时纠缠的光子对，我们证明了辅助纠缠的量子优势。特别是，我们描述了一个密集编码的实验，最大的报告信道容量，据我们所知，第一次打破传统的线性光学阈值。我们的编码适用于量子通信，无需对齐和卫星通信。
2010-09-26 quant-ph
Coherent-state constellations and polar codes for thermal Gaussian channels
光通信信道本质上是量子力学的，因此我们必须超越经典信息理论来确定它们的通信容量，并找到最高速率的有效编码和解码方案。热通道，从线性耦合的领域的热环境，是特别实际的相关性;其经典容量最近已经建立，但其量子容量仍然未知。虽然容量设定了可靠通信速率的最终限制，但它并不保证这种速率可以通过实际手段实现。在这里，我们构造有效的编码热信道，实现经典容量和所谓的高斯相干信息传输的经典和量子信息，分别。我们的代码是基于结合极化码与离散化的信道输入到一个有限的“星座”的相干状态。经典信息的编码可以使用线性光学来完成。
2017-07-04 cs.IT math.IT quant-ph
Strong converse exponents for the feedback-assisted classical capacity of entanglement-breaking channels
量子纠缠可以用在通信方案中，以建立连续信道输入之间的相关性，这是经典手段所不可能的。众所周知，这种纠缠编码方案可以增强量子信道的经典容量，但情况并非总是如此。在本文中，我们证明了一个强逆定理持有的纠缠打破通道的经典容量，即使它是由一个经典的反馈链路从接收机到发射机的协助。在这样做时，我们确定了一个强逆指数，这决定了指数衰减率的成功概率趋于零，一个序列的代码与通信速率超过能力的约束。证明一个强逆，以及可互换性定理，表明经典容量是可靠和不可靠的通信制度之间的一个尖锐的边界。我们证明的主要工具之一是夹心Renyi相对熵。相同的证明方法是用来推导出一个指数界的成功概率时，在任意的量子信道的经典反馈的帮助下，只要发射机不使用纠缠编码方案进行通信。
2017-11-03 cs.IT math.IT quant-ph
Capacity of the Bosonic Wiretap Channel and the Entropy Photon-Number Inequality
确定电磁波的最终经典信息承载能力需要量子力学分析，以正确地解释这些波的玻色子性质。最近的工作已经建立了玻色子单用户和广播信道的容量定理，在两个最小输出熵的假设下。尽管有大量积累的证据支持这些假设的有效性，但它们尚未得到证实。在本文中，它表明，第二个猜想足以证明玻色子窃听信道的经典容量，这反过来也将证明量子容量的有损玻色子信道。前面的最小输出熵矩阵是熵光子数不等式（EPnI）的简单结果，EPnI是经典信息论中熵功率不等式（EPI）的量子力学模拟。
2008-01-06 cs.IT math.IT quant-ph
Explicit Quantum Circuits for Block Encodings of Certain Sparse Matrices
本文针对结构良好的稀疏矩阵，提出了显式构建高效块编码量子电路的实例与策略，并提供了MATLAB实现，为量子线性代数算法的实际应用奠定基础。
2023-05-22 cs.NA math.NA math.QA
Classical Capacity of Single-Mode Bosonic Gaussian Channels
University of Nottingham（诺丁汉大学）；Scuola Normale Superiore（比萨高等师范学院）；Istituto Nanoscienze-CNR（意大利国家研究委员会纳米科学研究所）
该研究证明所有单模玻色高斯信道在任意输入能量下的经典容量由带高斯随机位移的独立高斯态达到，还推导了总光子数截止下的解码概率衰减界与平均光子数约束下的速率-误差权衡公式，明确了光通信的经典极限。
2026-10-16 math-ph math.MP quant-ph
Zero-entropy encoders and simultaneous decoders in identification via quantum channels
本文研究量子信道识别中纯态编码与同时解码对容量的影响，证明四种编码-解码组合均具有双指数码规模，并揭示三种识别容量之间存在严格的大小关系。
2024-09-29 cs.IT math.IT quant-ph
Log-Sobolev inequality and proof of Hypothesis of the Gaussian Maximizers for the capacity of quantum noisy homodyning
在本文中，我们给出的信息传输能力的近似位置测量与振荡器的能量约束，这是噪声高斯零差在量子光学的基础上，得到高斯编码。证明是基于凸规划的一般原则。而值得注意的是，对于这个特定的模型，该方法减少了优化问题的解决方案，以推广著名的log-Sobolev不等式。我们希望这种方法也适用于其他模型的范围内的“阈值条件”，确保上限的能力之间的差异，最大和最小的输出熵是可以达到的。
2022-08-17 math-ph math.MP quant-ph
Superadditivity of the Classical Capacity with Limited Entanglement Assistance
对于使用量子信道的通信来说，找到最佳编码策略可能具有挑战性，因为经典容量和量子容量可能是超加性的。纠缠辅助通常可以简化这项任务，因为任何通道的纠缠辅助经典容量都是加性的，使得跨通道使用纠缠变得不必要。如果纠缠态的辅助是有限的，情况就不那么清楚了。假设经典容量是超可加的，那么通过连续性论证，在有限的纠缠辅助下经典容量仍保持超可加性。如果经典容量是加性的，那么在有限的纠缠辅助下是否仍然可以发展超加性是未知的。我们通过提供一个例子来证明这是可能的。我们构造了一个信道，其经典容量是可加的，但在有限的纠缠辅助下可以是超可加的。这表明纠缠在通信中扮演着一个奇怪的角色，我们仍然对它知之甚少。
2017-07-28 cs.IT math.IT quant-ph
Nonlocal and quantum advantages in network coding for multiple access channels
Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；Information & Electronics Research Institute, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院信息与电子研究所）；School of Electrical Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院电气工程学院）
研究探讨了在无反馈的离散无记忆多接入信道中，发送方利用共享资源进行协作编码的容量区域，展示了非局部和量子资源对提高总容量的优势。
2026-04-27 physics.app-ph quant-ph
High Capacity Noisy Unruh--DeWitt Quantum Channels with Bosonic Dephasing
UDW量子信道可表示为玻色退相干信道，研究发现增大退相干参数能提升信道容量并缓解状态混合，串扰噪声可改善量子容量下界。
2023-09-13 cond-mat.mtrl-sci hep-th quant-ph
Permutation Enhances Classical Communication Assisted by Entangled States
当编码中允许局域操作和全局置换，发送者和接收者之间预先共享二分态时，给出了噪声量子信道上经典通信的容量公式.这个公式的两个端点是Holevo容量（没有纠缠辅助）和纠缠辅助容量（无限纠缠辅助）。更重要的是，我们表明，能力满足强逆属性，从而公式作为一个尖锐的分界线之间实现和无法实现的通信速率。我们证明了辅助容量和Holevo容量之间的差异是上界的预共享状态的形成的不和谐。作为例子，我们推导出解析的经典容量的各种量子信道的利益。我们的结果见证了经典通信中的随机排列的力量，只要纠缠援助可用。
2020-01-09 cs.IT math.IT quant-ph
Practical route to entanglement-assisted communication over noisy bosonic channels
纠缠态在量子信息处理中有着巨大的优势，但损耗和噪声阻碍了它在实际应用中的应用。尽管几十年来人们已经知道，通过纠缠可以显著增强有损和有噪声的玻色子信道上的经典通信容量，但没有实用的编码和解码方案可用于实现任何纠缠使能的优点。在这里，我们报告结构化的编码和解码方案，这样的纠缠辅助通信的情况。具体来说，我们表明，纠缠双模压缩真空态的相位编码饱和的纠缠辅助经典通信容量在一个非常嘈杂的信道，克服了没有纠缠援助的隐蔽通信的基本限制。然后，我们构造接收机的离散相位调制下的最佳假设检验协议和连续相位调制下的最佳噪声相位估计协议。我们的研究结果为在射频和微波光谱范围内的纠缠辅助通信和传感铺平了道路。
2020-03-12 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Polaractivation of Hidden Private Classical Capacity Region of Quantum Channels
我们定义了噪声量子信道上的一种新的通信现象。研究的解决方案被称为极化激活，并基于量子极化编码。极化激活是量子系统中信道极化效应的自然结果，利用速率增量的思想可以打开噪声量子信道的隐藏容量区域。虽然在经典信道的情况下，只能增加经典通信的速率，但在量子信道的情况下，可以利用信道极化和速率提高来打开不可达的容量区域。我们证明了开放的私人经典容量域的结果。我们证明了该方法适用于任意的量子信道，如果满足一个给定的标准的对称经典容量。我们还导出了私有经典容量域极化激活的经典通信速率的一个必要下界。
2013-05-26 cs.IT math.IT quant-ph
Quantum Reading Capacity
经典存储器的读出可以建模为量子信道鉴别的问题，其中解码器通过区分存储器的每个单元中编码的不同量子信道来检索信息[S. Pirandola，Phys. Rev. Lett. 106，090504（2011）]。在光学存储器的情况下，如CD和DVD，这种区分涉及有损玻色子通道，并且可以通过使用非经典光（量子读取）显着增强。在这里，我们通过将记忆模型从单细胞编码扩展到多细胞编码来概括这些概念。通常，通过使用信道码字，即，根据经典代码选择的信道序列。相应地，数据的读出是通过“并行”通道鉴别的过程来实现的，其中整个细胞块被同时探测并经由最佳集体测量来解码。在无限块的限制下，我们定义存储器的量子读取容量，量化每个单元的最大可读位数。当我们适当地约束解码器的物理资源时，容量的这个概念是不平凡的。对于光学存储器（编码玻色子通道），这样的约束是充满活力的，并且对应于固定每个单元的光子的平均总数。在这种情况下，我们能够证明量子读取能力和经典发射机可实现的最大信息速率之间的分离，即，相干态的任意经典混合。事实上，我们可以很容易地构建非经典发射机，它们的性能超过任何经典发射机，从而表明量子读取的优势在最佳多细胞场景中仍然存在。
2011-07-18 cond-mat.other physics.data-an physics.optics
