In this article, we are proposing a closed-form solution for the capacity of the single quantum channel. The Gaussian distributed input has been considered for the analytical calculation of the capacity. In our previous couple of papers, we invoked models for joint quantum noise and the corresponding received signals; in this current research, we proved that these models are Gaussian mixtures distributions. In this paper, we showed how to deal with both of cases, namely (I)the Gaussian mixtures distribution for scalar variables and (II) the Gaussian mixtures distribution for random vectors. Our target is to calculate the entropy of the joint noise and the entropy of the received signal in order to calculate the capacity expression of the quantum channel. The main challenge is to work with the function type of the Gaussian mixture distribution. The entropy of the Gaussian mixture distributions cannot be calculated in the closed-form solution due to the logarithm of a sum of exponential functions. As a solution, we proposed a lower bound and a upper bound for each of the entropies of joint noise and the received signal, and finally upper inequality and lower inequality lead to the upper bound for the mutual information and hence the maximum achievable data rate as the capacity. In this paper reader will able to visualize an closed-form capacity experssion which make this paper distinct from our previous works. These capacity experssion and coresses ponding bounds are calculated for both the cases: the Gaussian mixtures distribution for scalar variables and the Gaussian mixtures distribution for random vectors as well.


翻译:在此文章中, 我们为单一量子频道的能力建议一个封闭式的解决方案 。 高西亚分布式的混合物投入已被考虑用于分析能力计算 。 在前几篇论文中, 我们引用了联合量子噪声和相应收到信号的模型; 在目前的研究中, 我们证明这些模型是高萨混合物的分布 。 在本文中, 我们展示了如何处理两种情况, 即 (一) 高斯混合物分布为卡路里变量, (二) 随机矢量的高斯混合物分布。 我们的目标是计算联合噪音和所收到信号的增缩式和增缩式, 以计算量频道的能力。 主要的挑战是使用高斯混合物分布的功能类型。 由于指数函数的对数, 高斯混合物分布的增缩式无法在封闭式解决方案中计算出来。 作为解决方案, 我们为每个纸质联合噪声和所收到信号的增缩式和增缩式的增缩式 。 高斯分配率和高端变缩式将使得我们之前的纸质变压和可理解性数据能力 。

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