单轨离子量子通信中无噪声线性放大与衰减的实用性
量子物理
2026-05-07 v2
摘要
量子通信具有诸多应用，其中 teleportation 与 superdense coding 是最基本的两种。这些协议中，预共享的纠缠态使实现量子态忠实传输或能够传输的信道容量超过经典容量成为可能。然而，信道损耗会损害共享的纠缠态，降低 teleportation 的保真度并削弱 superdense coding 的信息优势。本文我们研究如何通过优化通信双方所施加的测量来缓解这些影响。我们将问题表述为对一般正算符态测量（POVM）的优化，并将结果与可实现的无噪声衰减（NA）和无噪声线性放大（NLA）电路进行比较。对于 teleportation，NA/NLA 与优化 POVM 可将平均保真度提高最高可达 78%，同时保持可行的成功概率。对于 superdense coding，NA/NLA 可在某些情形下将量子优势相对于经典信道容量提高超过 100%，并移动 break-even 点，从而扩展可容忍的损耗范围。值得注意的是，最优 POVM 实际上等价于 NA 或 NLA，表明简单易实现的运算已能捕获本质性能提升。
引用
@article{arxiv.2512.08255,
title = {Utility of noiseless linear amplification and attenuation in single-rail discrete-variable quantum communications},
author = {Ozlem Erkilic and Aritra Das and Angela A. Baiju and Nicholas Zaunders and Biveen Shajilal and Timothy C. Ralph},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.08255},
year = {2026}
}