单噪声信道下高斯通信的经典容量

玻色高斯信道的经典容量这一长期存在的问题最近已通过证明最小输出熵猜想得以解决。众所周知，由 Holevo 界量化的终极容量可以通过使用无限数量的信道渐近地达到。然而，如果使用有限数量的信道，通信容量能在多大程度上达到，这一点尚不清楚，而这是一个具有实际重要意义的课题。在本文中，我们研究了高斯通信的容量，即在单次信道使用下，采用高斯态和高斯测量进行信息编码和解码。我们证明，单次信道高斯通信的最优容量是通过两种众所周知的协议之一实现的，即相干态通信或压缩态通信，具体取决于能量（光子数）以及信道的特性。我们的结果表明，已知能达到终极信息论容量的相干态方案，在使用有限数量信道的情况下并非实际最优方案。我们发现，总体而言，压缩态通信在小光子数体制下是最优的，而相干态通信在大光子数体制下表现更好。