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World File Search System信道容量
利用超纠缠光子态提高量子通信速率
量子通信基于量子态的生成和量子资源在通信协议中的利用。目前，光子被认为是信息的最佳载体，因为它们能够实现长距离传输，具有抗退相干性，而且相对容易创建和检测。纠缠是量子通信和信息处理的基本资源，对量子中继器尤为重要。超纠缠是一种各方同时与两个或多个自由度 (DoF) 纠缠的状态，它提供了一种重要的额外资源，因为它可以提高数据速率并增强错误恢复能力。然而，在光子学中，处理线性元素时，信道容量（即最终吞吐量）从根本上受到限制。我们提出了一种使用超纠缠态实现更高量子通信传输速率的技术，该技术基于在单个光子上多路复用多个 DoF，传输光子，并最终在目的地使用贝尔态测量将 DoF 解复用为不同的光子。按照我们的方案，只需发送一个光子即可生成两个纠缠的量子比特对。提出的传输方案为具有更高传输速率和对可扩展量子技术的精细控制的新型量子通信协议奠定了基础。
尼日利亚农村宽带连接的电视空白频段技术设计与仿真
通讯作者：BI Bakare 摘要：由于其穿透障碍物的能力和对衰减的弹性，电视空白空间 (TVWS) 现在已成为宽带连接的顶级通信技术、进一步缩小数字鸿沟的新趋势以及农村地区的连接。鉴于大多数农村地区人口稀少，需要部署合适的 TVWS 以满足所需的服务质量以提供所需的覆盖范围。使用 MATLAB 进行容量模拟和距离分布技术来建模 TVWS 网络。结果表明，具有一个空白空间基站 (WSBS) 和十个 CPE (客户端设备) 的网络能够实现 23 mbps 的信道容量，信号质量为 10 dB。纳米比亚试验实现了 10mbps 的提高，开普敦试验实现了 12mbps，微软在肯尼亚的 TVWS 实验实现了 16mbps 的提高。关键词：幅度、客户端设备、香农容量、泊松点过程、信号。收到日期：2022 年 11 月 10 日；修订日期：2022 年 11 月 22 日；接受日期：2022 年 11 月 24 日 © 作者 2022。以开放获取方式发布于 www.questjournals.org
毫米波至太赫兹 SISO 和 MIMO 连续变量量子密钥分发
摘要 随着对大带宽的需求呈指数级增长，考虑最佳网络平台以及通信网络中信息的安全性和隐私性非常重要。高载波频率的毫米波和太赫兹被提议作为通过提供超宽带信号来克服现有通信系统香农信道容量限制的使能技术。毫米波和太赫兹还能够建立与光通信系统兼容的无线链路。然而，大多数能够在这些频率范围（100 GHz-10 THz）下合理高效运行的固态元件，尤其是源和探测器，都需要低温冷却，这是大多数量子系统的要求。本文展示了当源和探测器在低至 T = 4 K 的低温下运行时，可以实现安全的毫米波和 THz 量子密钥分发 (QKD)。我们比较了单输入单输出和多输入多输出 (MIMO) 连续变量 THz 量子密钥分发 (CVQKD) 方案，并找到了 f = 100 GHz 和 1 THz 之间的频率范围内的正密钥速率。此外，我们发现最大传输距离可以延长，密钥速率可以在较低温度下提高，并且通过使用 1024 × 1024 根天线，在 f = 100 GHz 和 T = 4 K 时实现超过 5 公里的最大秘密通信距离。我们的结果首次展示了毫米波和太赫兹 MIMO CVQKD 在系统运行温度低于 T = 50 K 下的可能性，这可能有助于开发下一代安全无线通信系统和量子互联网，用于从卫星间和深空到室内和短距离通信的应用。
哈吉穆罕默德丹尼什科技大学，迪纳杰布尔
推荐书籍： [1] Wai-Kai Chen，“VLSI 技术（工程原理与应用）”，CRC press，2003，第 1 版，ISBN：978-0849317385。 [2] Kwyro Lee、Michael shur、Tor A. Fjeldly 和 Tron Ytterdal，“VLSI 的半导体器件建模”，Prentice Hall，1997，第 1 版，ISBN：978-0138056568。 ECE 505：高级数字通信 学分：2.00 学习时间：2 小时/周 概率与随机过程回顾。无记忆信道上的功率谱与通信：同步数据脉冲流的 PSD、M 元马尔可夫源、卷积编码调制、连续相位调制、无记忆信道上的标量和矢量通信、检测标准。相干和非相干通信：相干接收器、WGN 中的最佳接收器、IQ 调制和解调、随机相位信道中的非相干接收器、M-FSK 接收器、瑞利和莱斯信道、部分相干接收器 – DPSK、M-PSK、M-DPSK、BER 性能分析。带限信道和数字调制：眼图、存在 ISI 和 AWGN 时的解调、均衡技术、IQ 调制、QPSK、O/4-QPSK、QAM、QBOM、BER 性能分析、连续相位调制、CPFM、CPFSK、MSK、OFDM。块编码数字通信：结构和性能、二进制块码、正交、双正交、超正交-香农信道编码定理、信道容量、匹配滤波器、扩频通信概念、编码 BPSK 和 DPSK 解调器、线性块码、汉明、戈莱、循环、BCH、里德-所罗门码。卷积编码数字通信：使用多项式、状态图、树形图和网格图表示代码，使用最大似然、维特比算法、顺序和阈值方法的解码技术 - BPSK 和维特比算法的误差概率性能。
量子纠缠在保密通信中的应用：综述
摘要 — 量子计算和量子通信是计算和通信领域令人兴奋的新前沿。事实上，美国、中国和欧盟政府对这些新技术的大规模投资并不是秘密，而是基于这些技术有望彻底改变通信、计算和安全。除了几次现场试验和英雄实验外，谷歌和 IBM 等许多公司也在这些领域积极工作，其中一些公司在过去几年已经报告了令人印象深刻的演示。虽然人们对量子密码学最终是否会取代传统密码学存在一些怀疑，但量子计算的出现可能使量子密码学成为安全通信的终极前沿。这是因为，随着量子计算机所展示的惊人速度，破解加密密钥可能在未来十年左右不再是一项艰巨的任务。因此，量子密码学作为安全通信的终极前沿可能并不是一个遥不可及的想法。众所周知，海森堡不确定性原理本质上是物理学和量子力学中的“负面结果”。事实证明，海森堡不确定性原理是量子力学中最有趣的结果之一，它可能是量子密码学或与量子纠缠相结合的安全通信的最终前沿的理论基础和主要科学原理。在这篇综述论文中，我们为工程师和计算机科学家提供了一个简单易懂的教程，内容涉及量子通信的基础知识、量子纠缠 (QE) 的基础、可用于生成 QE 的机制、测量 QE 的指标、信道容量和噪声的要求等。虽然考虑的 QE 的主要应用是用于安全通信的量子密钥分发，但也描述了使用纠缠协议的其他应用及其相关考虑因素。索引术语 - 量子纠缠、量子密码学、量子密钥分发、量子通信、量子计算、安全通信、安全。
![arXiv:2501.06839v1 [quant-ph] 2025 年 1 月 12 日](/simg/6\67a26e408a97ed2e61c90258e8d43cb0767f7820.webp)
arXiv:2501.06839v1 [quant-ph] 2025 年 1 月 12 日
量子通信理论专注于研究传输量子信息的量子信道，其中传输速率由量子信道容量来衡量。这个量表现出几个有趣的特性，例如非可加性、超激活等等。在这项工作中，我们表明，一种被称为抗降解单模高斯信道的量子信道（其容量被认为为零）可以通过引入量子纠缠来“激活”以传输量子信息。虽然信道的输出本身不能用于检索输入信号，但将其与额外的纠缠相结合可以实现这一点。除了理论意义之外，这种激活还可以在实际系统中实现。例如，在双模压缩相互作用机制中用于量子转导的电光系统中，转导通道是抗降解的。我们证明该系统可以在与辅助模式的纠缠的帮助下传输微波光量子信息。这样就产生了一种新型的量子换能器，它在很宽的参数空间上表现出正的量子容量。引言——量子通道模拟了量子信息在时间或空间中的传输。研究各种噪声量子通道及其潜在的信息传输速率——量子通道容量——是量子通信理论的核心。与经典量子通道容量不同，量子通道容量没有简单的公式，其评估通常涉及计算困难的所谓双字母优化[1,2]。因此，量子容量表现出一系列不寻常的行为，如活化和超活化[3-6]，这反映了量子信息在通道中传播的非平凡方式。只有少数特定类型的量子通道的量子容量的确切值才是已知的。有一种这样的信道被称为抗降解信道，它已被证明具有零量子容量 [ 7 , 8 ]，这意味着没有量子信息能够以零误差通过该信道。在本文中，我们表明，如果将一种抗降解玻色子高斯信道与辅助信道相结合，则可以实现非零量子信息传输速率
量子逻辑熵：基本原理和一般性质
熵是概率论和物理学中最重要的概念之一。尽管信息似乎没有一个精确的定义，但香农熵被视为有关某个系统的信息的重要量度，而吉布斯熵在统计力学中起着类似的作用。冯·诺依曼熵是这些经典量度在量子领域的一种可能的、在某种意义上是自然的延伸。尽管冯·诺依曼熵在量子信息的许多应用中发挥着基础性的作用，但它仍因多种不同原因而受到批评[1-3]。简而言之，虽然经典熵表示人们对系统的无知[4]，但量子熵似乎具有根本不同的含义，它对应于信息的先验不可访问性或非局部关联的存在。从这个角度来看，经典熵涉及主观 / 认识论的不确定性，而量子熵与某种形式的客观 / 本体论的不确定性相关 [5]，尽管这种推理存在争议。为了解决像这样的概念问题，提出了非加性 Tsallis 熵和其他度量 [1, 6, 7]。经典逻辑熵最近由 Ellerman [8, 9] 引入，作为源自分区逻辑的信息度量。因此，这种熵给出了集合 U 分区的区别。分区 p 被定义为集合中不相交部分的集合，如图 1a 所示。集合可以被认为最初是完全不同的，而每个分区都会收集那些区别已被分解的块。每个块表示与集合上的等价关系相关联的元素。然后，给定一个等价关系，一个块的元素之间是模糊的，而不同的块彼此不同。考虑到这些概念，将这种划分和区分框架扩展到量子系统的研究似乎可以为量子态鉴别、量子密码学和量子信道容量问题带来新的见解。事实上，在这些问题中，我们以某种方式对可区分状态之间的距离测量感兴趣，这正是逻辑熵所关联的知识类型。这项工作是之前提出研究量子逻辑熵的预印本的更新和扩展版本 [ 10 ]。在这个新版本中，与原始版本一样，我们主要关注这个量的基本定义和属性。其他高级主题要么在之前的研究中处理过，比如 [ 11 ]，要么留待将来研究。然而，正如将在整篇文章中进一步阐述的那样，这里介绍的结果为各种理论应用奠定了基础——甚至对于涉及后选系统的场景也是如此。
![arXiv:2004.02495v1 [quant-ph] 2020 年 4 月 6 日](/simg/3\304f7d78b777b7db3ca92e131a3d481fd911d636.webp)
arXiv:2004.02495v1 [quant-ph] 2020 年 4 月 6 日
近年来，量子信息处理 (QIP) 的许多领域都取得了巨大进步，包括量子隐形传态 [1, 2]、量子秘密共享 [3]、量子密钥分发 [4, 5]、量子安全直接通信 [6, 7]、量子密集编码 [8]、量子算法 [9–12] 和量子门 [13–15]。由于量子通信利用量子相干叠加和量子纠缠效应，其传播速率和可靠性高于传统通信方法 [16]。此外，量子计算在高效搜索无序数据库中的目标项和分解大整数方面表现出比传统方法更高的性能 [16]。最近，已经提出了许多复杂的方法来通过采用多个自由度 (DOF) 来改进传统方法。多自由度具有广泛的应用前景，包括实现超并行量子计算 [17]、量子通信 [18]、简化量子计算 [19]、高维量子增强子 [20]，以及完成单自由度系统无法解决的特定确定性任务，如确定性线性光学量子算法 [21]、确定性线性光学量子门 [22]、线性光学隐形传态 [2] 和无需共享参考框架的量子密钥分发 [23]。此外，超并行量子增强子由于其优异的优势而备受关注，使其成为长距离量子保密通信和量子计算机的潜在候选者。超并行 QIP 的操作可在两个或多个不同的自由度上同时执行，具有抗光子耗散噪声的潜力，可以提高量子信道容量，提高量子通信的安全性，降低实验要求和资源开销，提高协议的成功率，提高量子计算的速度。最近，已报道了各种超纠缠态，例如，偏振空间能量超纠缠态 [24]、偏振时间箱超纠缠态 [25]、自旋运动超纠缠态 [26]、偏振动量超纠缠态 [27]、偏振时间频率超纠缠态 [28] 和多路径超纠缠态 [29]。这些资源可以帮助我们用一个自由度实现许多重要的量子任务，例如利用线性光学完成纠缠态分析[30, 31]、纠缠纯化和浓缩[32]、单自由度团簇态制备和单向量子计算[33]、量子纠错[34]、隐形传态[27]、线性光子超稠密编码[35]、增强型违反局部现实论[36]和量子算法[29]。此外，超纠缠还在超并行光子量子计算[37, 38]、超纠缠交换[39]、超隐形传态[40]、超纠缠态分析[41–43]、超并行中继器[44]、超纠缠纯化[45, 46]和超纠缠浓缩[47, 48]。光子已经成为超并行QIP的优秀候选者，因为它们拥有大量可用的量子比特，例如自由度，包括偏振[49]、空间模式[24]、横向轨道角动量[50, 51]、时间箱[52]、频率（或颜色）[53]和连续可变的能量时间模式[54]。此外，由于自由空间中的退相干可以忽略不计，光子不仅可以轻松地在长距离上携带量子信息，而且还可以通过线性光学元件以极快和精确的方式对其进行操纵，并以高效的方式产生[55]。使用标准线性光学元件灵活控制光子是一种有趣的