强衰减噪声下的量子光通信

透射率 $\lambda\leq 1/2$ 的光纤上是否可能进行量子通信？若入射信号与之相互作用的环境初始化为热态，则答案众所周知是否定的。然而，在 [PRL 125:110504, 2020] 中，只要初始环境态可适当选取（依赖于 $\lambda$），量子容量被发现对所有 $\lambda>0$ 均始终远离零，这一现象被称为“顽强量子通信”（D-HQCOM）。在此，我们在纠缠辅助经典通信的背景下展示了一种更强的 D-HQCOM 版本：纠缠辅助与环境控制使得通信性能至少等于无噪声理想情形，即便 $\lambda>0$ 任意小。若我们能控制环境，这两类 D-HQCOM 现象便具有技术潜力。我们如何实现这一点？我们的第二个主要结果回答了该问题。在此我们提供一种完全一致的协议，无需直接访问环境态即可激活 D-HQCOM 现象。这是通过在真实通信之前向信道发送“触发信号”（即不编码信息的信号）以有利方式改变环境来实现的。当发送端以足够短的时间间隔注入信号时，由此产生的记忆效应使这成为可能。我们的结果可提供一种无需量子中继器即可跨越任意长光纤通信的具体方案。作为我们分析的一个副产品，我们利用相关的 Lindblad 主方程推导了热衰减器的简单 Kraus 表示。