論文の概要: Towards the ultimate limits of quantum channel discrimination and quantum communication

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2110.14842v3
• Date: Fri, 11 Jul 2025 21:40:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-15 18:48:20.564582
• Title: Towards the ultimate limits of quantum channel discrimination and quantum communication
• Title（参考訳）: 量子チャネル識別と量子通信の究極の限界に向けて
• Authors: Kun Fang, Gilad Gour, Xin Wang,
• Abstract要約: この研究は量子チャネルの識別とその基本的限界の理解を深める。 我々は、相対エントロピーをテストする量子仮説に関するよりシャープな境界を含む、量子分岐のための新しいツールを開発する。 我々は、量子通信タスクを識別問題として、チャネル容量、チャネル識別、およびチャネル分岐の数学的構造の間の深い関係を明らかにする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.513467246615642
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Distinguishability is fundamental to information theory and extends naturally to quantum systems. While quantum state discrimination is well understood, quantum channel discrimination remains challenging due to the dynamic nature of channels and the variety of discrimination strategies. This work advances the understanding of quantum channel discrimination and its fundamental limits. We develop new tools for quantum divergences, including sharper bounds on the quantum hypothesis testing relative entropy and additivity results for channel divergences. We establish a quantum Stein's lemma for memoryless channel discrimination, and link the strong converse property to the asymptotic equipartition property and continuity of divergences. Notably, we prove the equivalence of exponentially strong converse properties under coherent and sequential strategies. We further explore the interplay among operational regimes, discrimination strategies, and channel divergences, deriving exponents in various settings and contributing to a unified framework for channel discrimination. Finally, we recast quantum communication tasks as discrimination problems, uncovering deep connections between channel capacities, channel discrimination, and the mathematical structure of channel divergences. These results bridge two core areas of quantum information theory and offer new insights for future exploration.
• Abstract（参考訳）: 区別可能性(distinguishability)は情報理論の基本であり、自然に量子システムに拡張する。 量子状態の識別はよく理解されているが、チャネルの動的な性質と様々な識別戦略のために、量子チャネルの識別は難しいままである。 この研究は量子チャネルの識別とその基本的限界の理解を深める。 本研究では, チャネル分岐に対する相対エントロピーおよび加算係数の検証を行う量子仮説のよりシャープな境界を含む, 量子発散のための新しいツールを開発する。 我々は、メモリレスチャネル識別のための量子シュタインの補題を確立し、強い逆特性を漸近的等分性と発散の連続性にリンクする。 特に、コヒーレントかつシーケンシャルな戦略の下で指数関数的に強い逆性質の同値性を証明する。 さらに、運用体制、差別戦略、チャネル分岐の相互作用を探求し、様々な環境における指数を導出し、チャネル識別のための統一的な枠組みに寄与する。 最後に、チャネル容量、チャネル識別、およびチャネル分岐の数学的構造の間の深い関係を明らかにすることで、量子通信タスクを識別問題として再考する。 これらの結果は量子情報理論の2つの中核領域を橋渡しし、将来の探索に新たな洞察を与える。

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