量子超密编码的经典类比与单一量子系统的通信优势

我们分析了在发送方与接收方之间不存在任何量子或经典关联共享的情况下通信信道的效用。为此，我们提出一类两方通信博弈，并表明在发送方到接收方存在无噪声 $1$-bit 经典信道时无法赢得这些博弈。有趣的是，若该信道辅以经典共享随机性，则目标可完美达成。这类似于量子超密编码现象中的优势，即预共享纠缠可增强完美量子通信线路的通信效用。颇为令人惊讶的是，我们表明无需任何经典共享随机性辅助的量子比特通信即可达成目标，从而在最简通信场景中确立了一种新颖的量子优势。为探究此优势的更深层次起源，我们表明优势量子策略必须在发送方编码步骤与接收方解码步骤均调用量子干涉。我们还研究了一类由对称多边形态空间描述的非经典玩具系统的通信效用。我们提出了既无法通过 $1$-bit 经典通信、也无法通过传递一个多边形系统实现的通信任务，而 $1$-qubit 通信可给出完美策略，从而确立了对它们的量子优势。为此，我们表明该量子优势对不完美的编码-解码具有鲁棒性，使得这些协议可借由当前可用的量子技术予以实现。