論文の概要: Convex combinations of bosonic pure-loss channels

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.26874v1
• Date: Wed, 29 Apr 2026 16:42:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-30 15:59:36.496842
• Title: Convex combinations of bosonic pure-loss channels
• Title（参考訳）: ボソニックな純損失チャネルの凸結合
• Authors: Giuseppe Catalano, Marco Fanizza, Francesco Anna Mele, Giacomo De Palma, Vittorio Giovannetti,
• Abstract要約: この結果から, 絡み合い分布と量子鍵分布は, いずれの流路よりも厳密な正の速度で常に達成できることが示唆された。 我々は、熱入力のコヒーレントな情報が消える体制を特定し、最適化された非ガウス状態は厳密な正の値を得る。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.458381173954051
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The pure-loss channel is a fundamental model for describing noise in bosonic quantum platforms. It is characterised by a single parameter, the transmissivity, which quantifies the fraction of the input energy that reaches the output of the channel. In realistic scenarios, however, such as free-space quantum communication, the transmissivity is not fixed but fluctuates from one channel use to another. In this setting, the overall channel is effectively described as a convex combination of pure-loss channels, known as a fading channel. Despite its practical relevance, the quantum Shannon theory of the fading channel has remained largely unexplored. Here, we address this gap, specifically investigating degradability, anti-degradability, entanglement breakingness, and capacities of the fading channel. Of particular relevance to practical quantum-internet applications, we prove that entanglement distribution and quantum key distribution can always be achieved at a strictly positive rate over any fading channel, no matter how noisy it is or how strongly the transmissivity fluctuates, provided the channel is not completely noisy. Moreover, we prove that thermal states, which are optimal for a broad class of static bosonic Gaussian channels, fail to achieve the entanglement-assisted classical capacity of fading channels: non-Gaussian Fock-diagonal states strictly outperform all Gaussian encodings. Most strikingly, we identify regimes where the coherent information of thermal inputs vanishes, while optimized non-Gaussian states achieve strictly positive values, thereby activating the channel for quantum communication. For a paradigmatic binary fading model we establish this result analytically, deriving the exact capacity-achieving state in closed form. For general fading distributions, we design an iterative variational algorithm to optimize the coherent and mutual information.
• Abstract（参考訳）: 純粋損失チャネルはボソニック量子プラットフォームにおけるノイズを記述するための基本モデルである。 これは、チャネルの出力に達する入力エネルギーの分画を定量化する1つのパラメータ、透過率によって特徴づけられる。 しかし、自由空間量子通信のような現実的なシナリオでは、透過率は固定ではないが、あるチャネルの使用から別のチャネルに変動する。 この設定では、全体的なチャネルは、フェージングチャネルとして知られる純粋な損失チャネルの凸結合として効果的に記述される。 現実的な関連性にもかかわらず、消えるチャネルの量子シャノン理論はほとんど未解明のままである。 ここでは、このギャップに対処し、特に劣化性、抗劣化性、絡み目破壊性、フェージングチャネルの容量について検討する。 特に実用的な量子-ネットワークの応用に関連して、どのようなノイズであっても、そのチャネルが完全にノイズでない場合、どのようなノイズであっても、エンタングルメント分布と量子キー分布は、常にどのフェーディングチャネルよりも厳密な正の速度で達成可能であることを証明している。 さらに、幅広い静的なボソニックなガウスのチャネルに対して最適である熱状態は、非ガウスのフォック対角線状態が全てのガウスのエンコーディングを厳密に上回るという、ファージングチャネルの絡み合う古典的な容量を達成できないことを証明した。 最も注目すべきは、熱入力のコヒーレントな情報が消える状況を特定し、最適化された非ガウス状態は厳密な正の値を獲得し、量子通信のチャネルを活性化する。 パラダイム的バイナリフェーディングモデルでは、この結果を解析的に確立し、クローズドな形で正確なキャパシティ達成状態を導出する。 一般のフェーディング分布に対して,コヒーレントおよび相互情報を最適化する反復的変分アルゴリズムを設計する。

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