論文の概要: Coherence Scaling in Quantum Communication Protocols

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.12516v1
• Date: Sun, 18 Jan 2026 18:01:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-21 22:47:22.660011
• Title: Coherence Scaling in Quantum Communication Protocols
• Title（参考訳）: 量子通信プロトコルにおけるコヒーレンススケーリング
• Authors: Pedro H. Alvarez, Marcos C. de Oliveira,
• Abstract要約: 量子コヒーレンスがどのようにスケールし、量子通信プロトコルで再配布されるかを検討する。 対数的あるいは一貫したコヒーレンス成長のみを示しながら,超高密度符号化によりスケーラブルな通信が可能となることを示す。 量子テレポーテーションは、望ましくないプロトコルによって引き起こされるコヒーレンスコストを示し、テレポーテーションされた量子ビットの数と線形に増加する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We investigate how quantum coherence scales and is redistributed in quantum communication protocols, using superdense coding and quantum teleportation as paradigmatic case studies. Employing the relative entropy of coherence as a circuit-level resource measure, we show that multipartite resource states relevant to generalized superdense coding can enable scalable communication while exhibiting only logarithmic or even constant coherence growth, depending on their entanglement structure. In sharp contrast, quantum teleportation displays an unavoidable, protocol-induced coherence cost that grows linearly with the number of teleported qubits and is independent of the input state. Through a stage-resolved analysis of the teleportation circuit, we separate protocol-generated coherence from message-dependent contributions and identify a universal two-bit coherence offset per teleported qubit at the maximal-coherence stage. We further demonstrate explicitly that this extensive intermediate coherence generation is fully consistent with information-theoretic bounds, including the Holevo limit, and does not correspond to an increase in accessible classical information.
• Abstract（参考訳）: 量子コヒーレンス(quantum coherence)が量子通信プロトコルでどのようにスケールし、再分散するかを、超高密度符号化と量子テレポーテーションをパラダイムケーススタディとして検討する。 本稿では,コヒーレンスの相対エントロピーを回路レベルの資源指標として用いて,その絡み合い構造に応じて対数的あるいは定数的コヒーレンス成長のみを示しながら,一般化されたスーパーデンス符号化に関連する多部資源状態がスケーラブルな通信を可能にすることを示す。 対照的に、量子テレポーテーションは避けられない、プロトコルによって引き起こされるコヒーレンスコストを示し、テレポーティングされたキュービットの数と線形に増加し、入力状態とは独立である。 テレポーテーション回路の段階分解解析により、メッセージ依存のコントリビューションからプロトコル生成コヒーレンスを分離し、最大コヒーレンス段階におけるテレポーテーションキュービット当たりの普遍的な2ビットコヒーレンスオフセットを同定する。 さらに、この広範囲な中間コヒーレンス生成は、ホレボ極限を含む情報理論境界と完全に一致しており、アクセス可能な古典情報の増加に対応していないことを明らかにした。

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