The quantum capacity of a noisy quantum channel determines the maximal rate at which we can code reliably over asymptotically many uses of the channel, and it characterizes the channel's ultimate ability to transmit quantum information coherently. In this paper, we derive single-letter upper bounds on the quantum and private capacities of quantum channels. The quantum capacity of a quantum channel is always no larger than the quantum capacity of its extended channels, since the extensions of the channel can be considered as assistance from the environment. By optimizing the parametrized extended channels with specific structures such as the flag structure, we obtain new upper bounds on the quantum capacity of the original quantum channel. Furthermore, we extend our approach to estimating the fundamental limits of private communication and one-way entanglement distillation. As notable applications, we establish improved upper bounds to the quantum and private capacities for fundamental quantum channels of interest in quantum information, some of which are also the sources of noise in superconducting quantum computing. In particular, our upper bounds on the quantum capacities of the depolarizing channel and the generalized amplitude damping channel are strictly better than previously best-known bounds for certain regimes.


翻译:噪声量子信道的量子容量决定了我们能够可靠地对频道的不时许多用途进行可靠编码的最大速度,它体现了该频道以一致方式传输量子信息的最终能力。 在本文中,我们从量子频道的量子和私人能力上得出单字母的上限。量子频道的量子容量总是不大于其扩展频道的量子容量,因为该频道的扩展可以被视为环境的辅助因素。通过优化配有旗帜结构等特定结构的配给性扩展频道,我们获得了原量子频道量子容量的新上限。此外,我们扩大了我们估算私人通信和单向缠绕线蒸馏的基本限度的方法。作为显著的应用,我们为量子信息基本量子频道的量子和私人能力确定了更好的上限,其中一些也是超导量子计算中的噪音源。特别是我们对于分解频道和普遍倾斜度断通道的量子容量的上限,严格地比某些制度已知的界限要好。

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