論文の概要: Fundamental Quality Bound on Optical Quantum Communication

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.07121v1
• Date: Wed, 08 Oct 2025 15:12:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-09 16:41:20.588556
• Title: Fundamental Quality Bound on Optical Quantum Communication
• Title（参考訳）: 光量子通信の基本品質境界
• Authors: Tobias Rippchen, Ludovico Lami, Gerardo Adesso, Mario Berta,
• Abstract要約: エンタングルメントのエントロピーが非エンタングル操作下での蒸留速度を鋭くすることを示す。 これらの発見は、将来の量子光学ネットワークのリソースとしての絡み合いの新しい視点を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 16.94403919812334
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Sending quantum information reliably over long distances is a central challenge in quantum technology in general, and in quantum optics in particular, since most quantum communication relies on optical fibres or free-space links. Here, we address this problem by shifting the focus from the quantity of information sent to the quality of the transmission, i.e. the rate of decay of the transmission error with respect to the number of channel uses. For the general class of teleportation-simulable channels, which includes all channels arising in quantum optical communication, we prove that the single-letter reverse relative entropy of entanglement of the Choi state upper bounds the error exponent of two-way assisted quantum communication - paralleling the celebrated capacity bound of [Pirandola et al., Nat. Comm. (2017)] in terms of the regularised relative entropy of entanglement. Remarkably, for Gaussian channels our bound can be computed efficiently through a convex program with simple constraints involving only finite-dimensional covariance matrices. As a prototypical application, we derive closed-form analytical expressions for several one-mode Gaussian channels that are fundamental to optical communication. Extending recent work [Lami et al., arXiv:2408.07067 (2024)] to infinite-dimensional systems, we further endow the reverse relative entropy of entanglement with an exact operational interpretation in entanglement testing, and show that it characterises the rate of entanglement distillation under non-entangling operations. These findings offer a new perspective on entanglement as a resource and sharpen the theoretical benchmarks for future quantum optical networks.
• Abstract（参考訳）: 量子情報を長距離にわたって確実に送信することは、一般に量子技術、特に量子光学において、ほとんどの量子通信は光ファイバーや自由空間リンクに依存しているため、中心的な課題である。 ここでは,伝送品質に向けて送信される情報量,すなわちチャネル使用数に対する伝送誤差の減衰率に焦点を移すことにより,この問題に対処する。 量子光学通信で生じる全てのチャネルを含むテレポーテーション・シミュラブルチャネルの一般クラスにおいて、チョイ状態上界の絡み合いの逆相対エントロピーが、2方向アシスト量子通信の誤差指数(Pirandola et al , Nat. Comm. (2017)))を正規化された絡み合いの相対エントロピーで表す。 注目すべきは、ガウスチャネルの場合、我々の境界は有限次元共分散行列のみを含む単純な制約を持つ凸プログラムによって効率的に計算することができることである。 原型的応用として、光学通信の基本となる複数の1モードガウスチャネルに対する閉形式解析式を導出する。 最近の研究 (Lami et al , arXiv:2408.07067 (2024)) を無限次元システムに拡張することにより, エンタングルメントの逆相対エントロピーを, エンタングルメント試験における正確な操作解釈で証明し, 非エンタングルリング操作下でのエンタングルメント蒸留の速度を特徴付けることを示す。 これらの知見は、リソースとしての絡み合いの新しい視点を与え、将来の量子光学ネットワークの理論的ベンチマークを研ぎ澄ます。

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