Information Transmission via Entangled Quantum States in Gaussian Channels With Memory

Abstract

Gaussian quantum channels have recently attracted a growing interest, since they may lead to a tractable approach to the generally hard problem of evaluating quantum channel capacities. However, the analysis performed so far has always been restricted to memoryless channels. Here, we consider the case of a bosonic Gaussian channel with memory, and show that the classical capacity can be significantly enhanced by employing entangled input symbols instead of product symbols.

Superadditivity of classical capacity revisited

“…The optimality of the non-uniform distribution corresponds to the superiority of the capacity of memory channel over the capacity of the memoryless one given the same energy constraints for both input and environment. Note that this fact straightforwardly follows from the results of paper [9] though it was not mentioned there. Since homodyne and heterodyne information transmission rates may also be nonmonotonous functions of N env , the problem of optimal channel memory can be posed for them as well [5].…”

Bosonic memory channels

“…VG gratefully acknowledges useful discussions with N. J. Cerf and for informing him of his recent work on memory effects in Bosonic channels [15]. The contribution of VG to this work was supported by the European Community under contracts IST-SQUIBIT, IST-SQUBIT2, and RTN-Nanoscale Dynamics.…”

Квантовые Каналы С Памятью, Распределенной По Закону Гаусса

“…Рассмотрим обобщение модели, предложенной в [12], которое можно использовать при произвольном числе использований канала. Эффект памяти, как и в работе [7], моделируется с помощью предположения, что шум, влияющий на последующие ис-пользования канала, удовлетворяет распределению Гаусса с корреляцией за счет смежных двухмодовых взаимодействий.…”

“…Эта модель пе-реходит в модель, описанную в работе [12], если ограничиться случаем двух исполь-зований канала связи. На основе полученных численных результатов выдвинуто предположение о существовании асимптотического значения для коэффициента пе-редачи информации после многократного использования канала, которое должно отвечать наилучшей передающей способности канала.…”

“…Используя этот результат в качестве исходного, мы исследуем поведение качества передачи информации в двух различных схемах гауссовых каналов [7], [8]. В раз-деле 3 рассматривается аддитивный гауссов канал [7], в котором входные данные дополнены тепловым шумом, что обобщает модель, представленную в [12]. Затем в разделе 4 исследуется бозонный канал с потерями, который состоит из набора бозон-ных мод, в которых энергия теряется по пути от передатчика к приемнику [13].…”