玻色纯损耗信道的凸组合

纯损耗信道是描述玻色量子平台噪声的基本模型。它由单个参数——传射率——描述，即输入能量到达信道输出的比例。在实际情况下，例如自由空间量子通信中，传射率并非固定不变，而是从一次信道使用到下一次都有波动。在这种情况下，整个信道实际上可以描述为纯损耗信道的凸组合，称为衰落信道。尽管其实际应用性很大，但玻色衰落信道的量子香农理论仍 largely 未被探讨。本文针对这一空白进行了回应，具体研究了衰落信道的可降解性、反可降解性、纯量破坏性以及容量。对实际量子互联网应用尤其相关，我们证明了无论衰落信道有多么嘈杂，或传送率波动有多大强烈，只要信道不完全嘈杂，即可在其上实现正式的纠缠分发和量子密钥分发。此外，我们证明了热力学态——这是一类静态玻色高斯信道的优选编码——在衰落信道的纠缠辅助经典容量方面并不足以实现最优：非高斯Fock对角态严格优于所有高斯编码。最令人惊讶的是，我们识别出了热力学输入的共一信息为零的区间，而优化的非高斯态则实现严格正值，从而激活信道进行量子通信。对于一个典型的二元衰落模型，我们以解析方式建立了该结果，推导出恰当容量的精确编码。对于一般的衰落分布，我们设计了一个迭代变分算法来优化共一信息和互信息。