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具有部分复制输入的对称量子擦除多址信道上的求和容量

信息论 2025-08-18 v5 math.IT

摘要

研究了在量子擦除多址信道(QEMAC)上计算分布式信源经典和的最优量子通信代价。由有限域符号构成的 K 个经典消息分布于 SS 个服务器,这些服务器预先共享量子纠缠。每个服务器 s[S]s\in[S] 根据自身可用的经典消息操控其量子子系统 Qs\mathcal{Q}_s,并将 Qs\mathcal{Q}_s 发送给接收端,接收端随后基于联合量子测量计算消息之和。来自服务器 s[S]s\in [S] 的下载代价为 Qs\mathcal{Q}_s 维数的对数。速率 RR 定义为接收端计算的和的实例数除以所有服务器的总下载代价。主要关注对称设定:K=(Sα)K= {S \choose \alpha} 个消息,每个消息复制于 α\alpha 个服务器的唯一子集,且任意 β\beta 个服务器的回答可能被擦除。若接收端初始无纠缠,则我们证明容量(最大速率)恰为 C=max{min{2(αβ)S,S2βS},αβS}C= \max\left\{ \min \left\{ \frac{2(\alpha-\beta)}{S}, \frac{S-2\beta}{S} \right\}, \frac{\alpha-\beta}{S} \right\}。我们还刻画了 SS 个数据服务器与接收端间具有任意级别先验纠缠 (Δ0)(\Delta_0) 时的容量,为此引入一个无经典数据的辅助服务器(服务器 00),使来自服务器 00 的通信代价作为预先可用接收端纠缠量的代理。逆界证明的难点在于弱单调性性质的最优应用,而可达性结合了经典网络编码思想、将 qudit 当作经典 dit 处理,以及基于依赖绝对最大纠缠量子态的 NN-sum box 抽象的新构造。

关键词

引用

@article{arxiv.2311.08386,
  title  = {Capacity of Summation over a Symmetric Quantum Erasure MAC with Partially Replicated Inputs},
  author = {Yuhang Yao and Syed A. Jafar},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2311.08386},
  year   = {2025}
}