論文の概要: Bosonic quantum communication beyond the thermal threshold

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.27449v1
• Date: Wed, 29 Jul 2026 20:30:47 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-31 21:37:00.321027
• Title: Bosonic quantum communication beyond the thermal threshold
• Title（参考訳）: 熱しきい値を超えたボゾン量子通信
• Authors: Francesco Anna Mele, Giuseppe Catalano, Marco Fanizza, Vittorio Giovannetti, Ludovico Lami,
• Abstract要約: チャネルが劣化しにくいパラメータ領域における量子容量の正の正当性を証明するが、そのコヒーレントな情報は単一モードのガウス状態に最適化される。 我々は、Fockレベルが6つしかサポートされておらず、コヒーレントな情報が少なくとも4.7times10-4$ qubitsのチャネル使用であると認定されている、明示的な2等級の非ガウス状態を与える。 全体として、我々の研究はボゾン量子通信が可能な新しい高雑音状態を特定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.493506909428437
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The quantum capacity of the bosonic thermal attenuator, which is given by the regularization of its coherent information, is unknown. The seminal work of Holevo and Werner established in 1999 the standard one-use lower bound obtained from input thermal states. We first prove that this long-standing lower bound is the exact supremum over all single-mode Gaussian states and then show that, crucially, a non-Gaussian state can do better. As a consequence, we prove positivity of the quantum capacity in a parameter region where the channel is not antidegradable, yet its coherent information optimized over single-mode Gaussian states vanishes. For example, with one thermal photon in the environment and at transmissivity $η=0.8$, the coherent information is non-positive for every single-mode Gaussian input. We give an explicit rank-two non-Gaussian state, supported on only six Fock levels, whose coherent information is certified to be at least $4.7\times10^{-4}$ qubits per channel use. This short witness is far from numerically optimal: a numerical optimization over fixed non-Gaussian families reaches at least $8.4\times 10^{-3}$ qubits per channel use at the same point. More generally, at $ν=1$, using non-Gaussian inputs we certify positivity of the coherent information, and therefore of the quantum capacity, down to $η=0.7841$; by contrast, the channel is antidegradable, and hence has zero quantum capacity, for $η\leq0.75$. Overall, our work identifies new high-noise regimes in which bosonic quantum communication is possible.
• Abstract（参考訳）: ボソニック熱減衰器の量子容量は、そのコヒーレントな情報の正則化によって与えられる。 ホレヴォとヴェルナーのセミナルな研究は1999年に入力熱状態から得られる標準の一用途下界を確立した。 まず、この長期の低い境界がすべての単一モードガウス状態の正確な上限であることを証明し、さらに決定的に、非ガウス状態がより良くできることを示す。 その結果、チャネルが分解不能なパラメータ領域における量子容量の正の正の値が証明されるが、そのコヒーレントな情報は単一モードガウス状態に最適化される。 例えば、環境中の1つの熱光子と透過率$η=0.8$では、コヒーレント情報は1つのモードのガウス入力に対して非正である。 我々は、Fockレベルが6つしかサポートされていない明示的なランク2の非ガウス状態を与え、そのコヒーレントな情報は少なくとも4.7\times10^{-4}$ qubitsのチャネル使用と認定されている。 この短い目撃者は数値的に最適ではない: 固定された非ガウス族に対する数値最適化は、同じ時点でチャネル当たりのキュービット当たりの少なくとも8.4\times 10^{-3}$ qubitsに達する。 より一般的には、ν=1$で、非ガウス入力を用いて、コヒーレントな情報の正の正の度合いを証明し、従って量子容量を$η=0.7841$まで下げる; 対照的に、チャネルは分解不能であり、したがって$η\leq0.75$でゼロ量子容量を持つ。 全体として、我々の研究はボゾン量子通信が可能な新しい高雑音状態を特定する。

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