Entanglement-assisted capacity regions and protocol designs for quantum multiple-access channels
Entanglement-assisted capacity regions and protocol designs for quantum multiple-access channels
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量子多址信道的纠缠辅助容量区域和协议设计
DOI：
10.1038/s41534-021-00412-3
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发表时间：
2021
影响因子：
7.6
通讯作者：
Zhuang, Quntao
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shi, Haowei;Hsieh, Min-Hsiu;Guha, Saikat;Zhang, Zheshen;Zhuang, Quntao
我们解决了纠缠辅助（EA）的量子多址接入信道（MAC）的经典容量区域与任意数量的纠缠。作为一个例子，我们考虑玻色子热损耗MAC，并解决了由发送者-接收者成对双模压缩真空态组成的纠缠源所实现的一次性容量区域。EA容量区域严格大于没有纠缠辅助的容量区域。以双模压缩真空态为源，相位调制为编码，设计了实用的接收协议，实现了纠缠的优势。给出并分析了四种基于光参量放大器的实用接收机设计。在大噪声背景的参数区域，接收器可以使每个发送器的同时速率优势为82.0%。由于量子隐形传态和超密集编码的存在，我们对EA经典通信的结果可以直接推广到EA量子通信，其速率只有原来的一半。我们的工作提供了一个独特而实用的网络通信场景，其中纠缠可以是有益的。
We solve the entanglement-assisted (EA) classical capacity region of quantum multiple-access channels (MACs) with an arbitrary number of senders. As an example, we consider the bosonic thermal-loss MAC and solve the one-shot capacity region enabled by an entanglement source composed of sender-receiver pairwise two-mode squeezed vacuum states. The EA capacity region is strictly larger than the capacity region without entanglement-assistance. With two-mode squeezed vacuum states as the source and phase modulation as the encoding, we also design practical receiver protocols to realize the entanglement advantages. Four practical receiver designs, based on optical parametric amplifiers, are given and analyzed. In the parameter region of a large noise background, the receivers can enable a simultaneous rate advantage of 82.0% for each sender. Due to teleportation and superdense coding, our results for EA classical communication can be directly extended to EA quantum communication at half of the rates. Our work provides a unique and practical network communication scenario where entanglement can be beneficial.
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