量子通信中的信道容量研究

量子信息科学是量子力学与信息科学相结合的产物，它的一个重要内容是对量子通信的研究。通信理论的核心是对信道容量的研究，信道容量是指信道传输信息可达到的速率上限，它刻画了通讯信道在噪声环境中可信地传输信息的能力。香浓关于经典信道容量的研究奠定了经典通信的理论基础。量子通信中利用量子信道来传输信息，量子信道不仅可以传输经典信息还可以传输量子信息，因此可以定义多种量子信道容量。本项目的研究内容主要包括：量子信道传输经典信息的容量问题，量子信道经典信息容量的可加性问题，量子信道传输量子信息的容量问题，量子信道量子信息容量的不可加性相关问题。

我们研究了量子信道、量子纠缠以及两者间的关系。香浓关于经典信道的容量定理是经典信息论上的里程碑式的成果，我们将经典信道看做是特殊的量子信道，采用量子信道的符号语言证明了香浓的信道容量定理；我们采用了纠缠保真度来刻画噪声量子隐形传态信道的输出对输入的保持程度，当对所有可能的输入求平均时，获得了非常简洁的描述噪声量子隐形传态保持量子纠缠能力的表达式；我们提出了量子态的“entanglement charge”（EC）这一概念，并以它来度量两体量子态的非定域性，并计算了XYZ自旋相互作用系统在热平衡态下的EC，获得了解析结果；我们提出了一些物理上制备量子纠缠态的方案。