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量子レート歪み関数の効率的な計算

日付:

ケリー・ヒー1、ジェームズ・サンダーソン1、ハムザ・ファウジ2

1オーストラリア、クレイトン VIC 3800、モナッシュ大学電気およびコンピュータ システム エンジニアリング学部
2ケンブリッジ大学応用数学および理論物理学科、ケンブリッジ CB3 0WA、英国

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抽象

量子レート歪み関数は量子情報理論において基本的な役割を果たしますが、現在のところ、中程度のチャネル寸法に対してこの関数を高精度で効率的に計算できる実用的なアルゴリズムはありません。この論文では、対称性の低減によって、もつれ支援による量子レート歪み問題の一般的な例がどのように大幅に簡素化されるかを示します。これにより、最適なレートと歪みのトレードオフを得る量子チャネルの特性をより深く理解できるようになり、また、使用されている数値アルゴリズムに関係なく、量子レートと歪み関数をより効率的に計算できるようになります。さらに、証明可能な準線形収束レートで量子レート歪み関数を計算するためのミラー降下アルゴリズムの不正確な変形を提案します。このミラー降下アルゴリズムが、Blahut-Arimoto および情報理論における同様の問題を解決するために以前に使用されていた期待値最大化手法とどのように関連しているかを示します。これらの手法を使用して、マルチ量子ビット量子レート歪み関数を計算する最初の数値実験を示し、提案したアルゴリズムが既存の方法と比較してより高速かつ高精度に解決できることを示します。

量子レート歪み関数は、最大許容歪みを超えることなく、量子チャネルによって量子情報ソースを圧縮できる最大量を表します。一般に、この関数は凸最適化問題を解くことによって数値的に計算する必要があります。ただし、これは 2 つの理由から困難になる可能性があります。まず、量子チャネルのサイズが大きくなるにつれて、最適化問題の問題次元は急速に大きくなります。量子情報源の歪みを測定する一般的な方法について、最適化問題の対称性を利用して最適化問題の次元を大幅に削減し、問題をより迅速に解決できる方法を示します。第 2 に、標準の勾配降下法アルゴリズムは、最適化問題で生じる量子エントロピーのような関数のため、量子レート歪み関数を計算する場合にはうまく機能しません。代わりに、エントロピーミラー降下法として知られる勾配降下法のエントロピー変化を使用して、量子レート歪み関数を計算する効率的なアルゴリズムを導出する方法を示します。

►BibTeXデータ

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上記の引用は SAO / NASA ADS (最後に正常に更新された2024-04-09 11:49:40)。 すべての出版社が適切で完全な引用データを提供するわけではないため、リストは不完全な場合があります。

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