論文の概要: Quantum Semantic Communication Beyond the Shannon-Wyner Channel Capacity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.07760v1
• Date: Wed, 12 Nov 2025 01:15:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-12 20:17:03.466164
• Title: Quantum Semantic Communication Beyond the Shannon-Wyner Channel Capacity
• Title（参考訳）: シャノン・ウィナーチャネル容量を超える量子セマンティック通信
• Authors: Min Wang, Gui-Fa Zhu, Guo-Fei Long, Jianxing Guo, Yu-Chen Liu, Dong Pan, Li-Ping Nong, Gui-Lu Long,
• Abstract要約: QSDC(Quantum Secure Direct Communication)は、情報通信のための量子状態を利用する。 量子セマンティック通信方式を提案し,実験的に検証し,それを3次元点雲に適用する。 直接送信よりも46.30倍の効率向上を実現し、ワイナーとシャノンの容量制限を超越している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.183332463033425
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum Secure Direct Communication (QSDC), a paradigm-shifting breakthrough in quantum communication, exploits quantum states for unmediated information transmission. Rooted in the inviolable fundamental laws of quantum mechanics, QSDC enables ultrasensitive detection of even the faintest eavesdropping attempts, guaranteeing true communication security solely when no interference exists. If eavesdropping or intrusion is detected mid-transmission, the system instantly alerts users and severs data flow, shielding them from unauthorized tracking and mitigating hacker threats. Over two decades, QSDC has seen extraordinary advancements, currently attaining kilobit-per-second transmission over 100 km of commercial optical fiber. However, its practical scalability remains constrained by insufficient transmission rates, a critical bottleneck. Semantic communication, which drastically boosts transmission efficiency by extracting core information features, nevertheless stays vulnerable to malicious intrusions. Integrating these paradigms promises to simultaneously enhance equivalent data rate and security. Herein, we propose and experimentally validate a quantum semantic communication scheme, applying it to 3D point clouds. It achieves a 46.30-fold efficiency gain over direct transmission, surpassing both Wyner and Shannon capacity limits. This breakthrough not only clears the path for large-scale QSDC deployment but also marks a pivotal milestone in quantum information science.
• Abstract（参考訳）: 量子通信におけるパラダイムシフトのブレークスルーである量子セキュアダイレクト通信(QSDC)は、非媒介情報伝送のために量子状態を利用する。 量子力学の不可侵な基本法則に則って、QSDCは、干渉が存在しない場合にのみ真の通信セキュリティを保証し、希薄な盗聴の試みさえも超敏感に検出できる。 盗聴や侵入が検知された場合、システムは即座にユーザーを警告し、データの流れを傍受し、不正な追跡やハッカーの脅威を防ぐ。 20年以上にわたり、QSDCは驚異的な進歩を遂げ、現在は100kmの商用光ファイバーを1秒あたり1キロビットの伝送を実現している。 しかし、その実用的スケーラビリティは、重要なボトルネックである送信速度の不足に制約されているままである。 セマンティック通信は、コア情報の特徴を抽出することによって送信効率を大幅に向上させるが、それでも悪意のある侵入に対して脆弱である。 これらのパラダイムを統合することで、同等のデータレートとセキュリティが同時に向上する。 本稿では,量子セマンティック通信方式を提案し,実験的に検証し,それを3次元点群に適用する。 直接送信よりも46.30倍の効率向上を実現し、ワイナーとシャノンの容量制限を超越している。 このブレークスルーは、大規模なQSDC展開の道を開くだけでなく、量子情報科学における重要なマイルストーンでもある。

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