利用极化码实现纯损耗光信道的 Holevo 容量
信息论
2012-09-04 v2 math.IT
量子物理
摘要
在经典光通信的低能量高能效机制下（与深空光信道相关），传统光接收机可实现的可靠通信速率与终极（Holevo）容量之间存在巨大差距。实现 Holevo 容量不仅需要最优编码，还需要对长（调制）码字波形进行集体测量的接收机，而通过逐符号检测结合经典后处理无法实现这些集体测量。在此，我们将近期关于经典 - 量子极化码（第一种近乎显式、线性且能达到对称 Holevo 速率的编码）的结果应用于损耗光信道，并表明其在低光子数机制下几乎消除了与 Holevo 容量的全部差距。相比之下，Arikan 的原始极化码应用于由物理光信道与任何 conceivable 结构化光接收机（包括光外差、零差或直接探测）诱导的离散无记忆信道 (DMC) 时，无法达到信道容量的终极 Holevo 极限。然而，我们的极化码构造（使用量子保真度而非经典 Bhattacharyya 量作为信道参数来选择极化码构造中的“好信道”），配合量子串行抵消接收机（涉及对接收码字波形的联合量子态进行一系列集体非破坏性二元投影测量），可以达到 Holevo 极限，因此原则上可以实现比直接应用于光信道的 Arikan 极化码和解码器更高的速率。然而，即使是构建量子串行抵消接收机光学实现的理论方案仍然是一个未决问题。
引用
@article{arxiv.1202.0533,
title = {Polar coding to achieve the Holevo capacity of a pure-loss optical channel},
author = {Saikat Guha and Mark M. Wilde},
journal= {arXiv preprint arXiv:1202.0533},
year = {2012}
}
备注
5 pages, submission to the 2012 International Symposium on Information Theory (ISIT 2012), Boston, MA, USA; v2 accepted to ISIT 2012