論文の概要: On Simultaneous Information and Energy Transmission through Quantum Channels

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.13691v4
• Date: Sat, 20 Jul 2024 08:15:01 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-24 05:36:51.462868
• Title: On Simultaneous Information and Energy Transmission through Quantum Channels
• Title（参考訳）: 量子チャネルを介した情報・エネルギー同時伝送について
• Authors: Bishal Kumar Das, Lav R. Varshney, Vaibhav Madhok,
• Abstract要約: 本稿では,キャパシティ・パワー関数の量子古典的類似点を紹介する。 我々は、ノイズチャネルを介して古典情報を伝達するための古典情報理論で結果を一般化する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 15.387256204743407
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The optimal rate at which information can be sent through a quantum channel when the transmitted signal must simultaneously carry some minimum amount of energy is characterized. To do so, we introduce the quantum-classical analogue of the capacity-power function and generalize results in classical information theory for transmitting classical information through noisy channels. We show that the capacity-power function for a classical-quantum channel, for both unassisted and private protocol, is concave and also prove additivity for unentangled and uncorrelated ensembles of input signals for such channels. This implies we do not need regularized formulas for calculation. We show these properties also hold for all noiseless channels when we restrict the set of input states to be pure quantum states. For general channels, we find that the capacity-power function is piece-wise concave. We give an elegant visual proof for this supported by numerical simulations. We connect channel capacity and properties of random quantum states. In particular, we obtain analytical expressions for the capacity-power function for the case of noiseless channels using properties of random quantum states under an energy constraint and concentration phenomena in large Hilbert spaces.
• Abstract（参考訳）: 送信された信号が同時に最小限のエネルギーを輸送しなければならない場合に、情報を量子チャネルを介して送信できる最適な速度が特徴付けられる。 そこで我々は,キャパシティ・パワー関数の量子古典的アナログを導入し,古典情報理論におけるノイズチャネルを通じて古典情報を伝達する結果を一般化する。 古典的量子チャネルのキャパシティ・パワー関数は、非アシストプロトコルとプライベートプロトコルの両方において共役であり、また、そのようなチャネルに対する入力信号のアンサンブルと無相関なアンサンブルの加算性も証明している。 これは、計算に正規化された公式は必要ないことを意味する。 これらの性質は、入力状態の集合を純粋量子状態に制限する場合に、すべてのノイズのないチャネルを保持できることを示す。 一般的なチャネルでは、キャパシティ・パワー関数は断片的凹凸である。 我々はこれを数値シミュレーションで裏付けるエレガントな視覚的証明を与える。 ランダム量子状態のチャネル容量と特性を結合する。 特に、エネルギー制約下でのランダムな量子状態の性質と大きなヒルベルト空間における濃度現象を用いて、ノイズレスチャネルの場合のキャパシティ・パワー関数の解析式を得る。

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