量子信道中信息与能量的同时传输

刻画了当传输信号必须同时携带某一最小能量时，可通过量子信道发送信息的最优速率。为此，我们引入了容量-功率函数的量子-经典类比，并推广了经典信息论中通过噪声信道传输经典信息的结果。我们证明了经典-量子信道的容量-功率函数(无论是无辅助还是私有协议)是凹的，并证明了此类信道在输入信号为非纠缠且不相关集合时的可加性。这意味着我们无需使用正则化公式进行计算。我们证明了当将输入态集合限制为纯量子态时，这些性质对所有无噪声信道也成立。对于一般信道，我们发现容量-功率函数是分段凹的。我们给出了一个由数值模拟支撑的优美可视化证明。我们将信道容量与随机量子态的性质联系起来。特别地，利用大希尔伯特空间下能量约束的随机量子态性质和集中现象，我们得到了无噪声信道容量-功率函数的解析表达式。