玻色子纯损耗信道的凸组合
纯损耗信道是描述玻色子量子平台中噪声的基本模型,其特性由单一参数——透射率——决定,该参数量化了到达信道输出端的输入能量比例。然而,在自由空间量子通信等现实场景中,透射率并非固定不变,而是随每次信道使用而波动。在此情况下,整体信道可有效描述为纯损耗信道的凸组合,即所谓的衰落信道。尽管具有实际重要性,但衰落信道的量子香农理论在很大程度上尚未被探索。在此,该工作填补了这一空白,专门研究了衰落信道的退化性、反退化性、纠缠破坏性及容量。与实用量子互联网应用特别相关的是,该工作证明:只要信道并非完全噪声,无论其噪声多强或透射率波动多剧烈,在任何衰落信道上都能以严格正速率实现纠缠分发和量子密钥分发。此外,该工作证明,对于一大类静态玻色子高斯信道而言最优的热态,无法达到衰落信道的纠缠辅助经典容量:非高斯福克对角态严格优于所有高斯编码。最引人注目的是,该工作识别出热输入相干信息为零的区间,而优化后的非高斯态可实现严格正值,从而激活信道用于量子通信。针对一个典型的二元衰落模型,该工作以解析方式建立了这一结果,以封闭形式推导出精确的容量可达态。对于一般衰落分布,该工作设计了一种迭代变分算法来优化相干信息和互信息。

