Determining capacities of quantum channels is a fundamental question in quantum information theory. Despite having rigorous coding theorems quantifying the flow of information across quantum channels, their capacities are poorly understood due to super-additivity effects. Studying these phenomena is important for deepening our understanding of quantum information, yet simple and clean examples of super-additive channels are scarce. Here we study a simple family of qutrit channels called the platypus channel, and show that it exhibits super-additivity of coherent information when used jointly with a variety of qubit channels. A higher-dimensional variant of the platypus channel displays super-additivity of quantum capacity together with an erasure channel. Subject to the "spin-alignment conjecture" introduced in a companion paper, our results on super-additivity of quantum capacity extend to lower-dimensional channels as well as larger parameter ranges. In particular, super-additivity occurs between two weakly additive channels each with large capacity on their own, in stark contrast to previous results. Remarkably, a single, novel transmission strategy achieves super-additivity in all examples. Our results show that super-additivity is much more prevalent than previously thought. It can occur across a wide variety of channels, even when both participating channels have large quantum capacity.


翻译:量子频道的确定能力是量子信息理论中的一个基本问题。 尽管对量子频道之间信息流量的量化有严格的编码理论, 但由于超增加效应, 它们的能力却不易理解。 研究这些现象对于加深我们对量子信息的理解很重要, 但是对于超增加渠道的简单和干净的例子却很少。 我们在这里研究一个简单的量子频道组合, 叫做 platypus 频道, 并显示它与各种qubit 频道联合使用时, 具有超增量一致性信息的超常性。 极高的拉特普斯频道变异功能显示量子频道的超增量性, 与一个消化频道一起显示超增量能力。 取决于在一份配套文件中引入的“ 对应对等匹配的预测”, 我们关于量子能力扩展至较低频道以及更大的参数范围的超增量性结果。 与以往的结果形成鲜明对比。 显而易见, 单一的、 新型传输策略在超增量能力上都能够实现超增量性, 在所有参与的渠道中, 我们的超大程度地展示结果。

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