含噪量子多址信道的信道容量研究

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随着以量子力学基本原理为基础的量子通信和量子信息学的迅速发展,作为量子信息技术的自然拓展,量子多址通信已成为人们日益关注的热点问题。而含噪多址量子信道的容量研究是实现量子多址通信的基础。与经典信息论相似,量子信息论中的最基本问题也是信道容量,因为它从根本上限定了量子信道在可利用资源条件下的信息传输效率问题。然而,量子通信与经典通信最大的区别在于量子信道不仅仅能传输经典信息,还能传输量子信息。因而量子信道存在两种信道容量:经典容量和量子容量。因此,对于含噪多址量子信道来说,根据其发送的信息性质不同,它的与量子信息相关的容量可以分为经典-量子(Classical-Quantum)容量和量子-量子(Quantum-Quantum)容量。 本文根据单用户量子信道的容量理论和Yard等人提出的纠缠产生定理,利用量子Fano不等式、量子数据处理不等式等相关知识,求证出含噪量子多址信道的信道容量区域定理,并把定理应用到三类最基本的多址量子噪声信道(量子比特翻转信道、量子相位翻转信道和量子退极化信道)中,对所得的容量区域进行仿真、分析与比较。计算和仿真结果验证了此容量定理的有效性。量子信道噪声是影响量子多址通信质量的重要因素。在光通信中,量子高斯噪声是最常见、最基本的噪声。由于目前量子高斯信道的量子容量未得到最终的精确结果,因而对其经典容量的研究是现阶段的主要工作。本文在借助经典多址高斯信道信道容量的计算思路的基础上,根据多址量子信道、量子高斯态和单用户量子高斯信道经典容量的相关知识,从理论上推导出多址量子高斯信道的经典容量。
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