論文の概要: Classical capacities under physical constraints: More capacity with less entanglement
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.21748v1
- Date: Wed, 30 Apr 2025 15:41:38 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-09 17:59:14.510631
- Title: Classical capacities under physical constraints: More capacity with less entanglement
- Title（参考訳）: 物理的制約下における古典的容量:絡み合いの少ない容量
- Authors: Sudipta Mondal, Pritam Halder, Saptarshi Roy, Aditi Sen De,
- Abstract要約: 通信機器の最近の進歩は、量子チャネル上での古典的な情報伝達の調査を要求する。
符号化されたアンサンブルの平均エネルギーが有界であるとき、ノイズのない、ノイズの多い量子チャネルの古典的な容量に対する表現を提供する。
エネルギー制約のある状況下では、古典的量子ノイズチャネルは絡み合い支援下での能力向上を示すことができることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.224954637705144
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Current advancements in communication equipment demand the investigation of classical information transfer over quantum channels, by encompassing realistic scenarios in finite dimensions. To address this issue, we develop a framework for analyzing classical capacities of quantum channels where the set of states used for encoding information is restricted based on various physical properties. Specifically, we provide expressions for the classical capacities of noiseless and noisy quantum channels when the average energy of the encoded ensemble or the energy of each of the constituent states in the ensemble is bounded. In the case of qubit energy-preserving dephasing channels, we demonstrate that a nonuniform probability distribution based on the energy constraint maximizes capacity, while we derive the compact form of the capacity for equiprobable messages. We suggest an energy-constrained dense coding (DC) protocol that we prove to be optimal in the two-qubit situation and obtain a closed-form expression for the DC capacity. Additionally, we demonstrate a no-go result, which states that when the dimension of the sender and the receiver is two, no energy-preserving operation can offer any quantum advantage for energy-constrained entanglement-assisted capacity. We exhibit that, in the energy-constrained situation, classical-quantum noisy channels can show improved capabilities under entanglement assistance, a phenomenon that is unattainable in the unrestricted scenario.
- Abstract（参考訳）: 通信機器の最近の進歩は、有限次元の現実的なシナリオを包含することにより、量子チャネル上での古典的な情報伝達の研究を要求する。
この問題に対処するために、様々な物理特性に基づいて、情報を符号化するために使用される状態の集合が制限される量子チャネルの古典的容量を解析するためのフレームワークを開発する。
具体的には、符号化されたアンサンブルの平均エネルギーや、アンサンブル内の各構成状態のエネルギーが有界であるときに、ノイズのない古典的な量子チャネルとノイズの多い量子チャネルの容量を表す式を提供する。
量子ビットエネルギー保存劣化チャネルの場合、エネルギー制約に基づく不均一な確率分布がキャパシティを最大化する一方、等価メッセージのキャパシティのコンパクトな形式を導出することを示した。
エネルギー制約付き高密度符号化(DC)プロトコルを提案する。このプロトコルは2量子状態において最適であることが証明され,DCキャパシティのクローズドフォーム式が得られる。
さらに、送信機と受信機の寸法が2のとき、エネルギー保存操作がエネルギー制約の絡み合わさったキャパシティに量子的優位性を与えることができないことを示すノーゴー結果を示す。
エネルギー制約のある状況下では、古典的量子ノイズチャネルは、制約のないシナリオでは達成不可能な、絡み合いの支援の下で改善された機能を示すことができることを示す。
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