Understanding quantum channels and the strange behavior of their capacities is a key objective of quantum information theory. Here we study a remarkably simple, low-dimensional, single-parameter family of quantum channels with exotic quantum information-theoretic features. As the simplest example from this family, we focus on a qutrit-to-qutrit channel that is intuitively obtained by hybridizing together a simple degradable channel and a completely useless qubit channel. Such hybridizing makes this channel's capacities behave in a variety of interesting ways. For instance, the private and classical capacity of this channel coincide and can be explicitly calculated, even though the channel does not belong to any class for which the underlying information quantities are known to be additive. Moreover, the quantum capacity of the channel can be computed explicitly, given a clear and compelling conjecture is true. This "spin alignment conjecture", which may be of independent interest, is proved in certain special cases and additional numerical evidence for its validity is provided. Finally, we generalize the qutrit channel in two ways, and the resulting channels and their capacities display similarly rich behavior. In a companion paper, we further show that the qutrit channel demonstrates superadditivity when transmitting quantum information jointly with a variety of assisting channels, in a manner unknown before.


翻译:理解量子频道及其能力的奇怪行为是量子信息理论的一个关键目标。 我们在这里研究一个非常简单、 低维、 单参数的量子频道, 具有异国量子信息理论特征的奇特、 低维、 单参数的量子频道。 作为这个家庭最简单的例子, 我们侧重于一个直觉获得的量子至量子频道, 通过将一个简单的分解频道和一个完全无用的qubit 频道混合在一起, 这种混合化使得该频道的能力以多种有趣的方式表现。 例如, 这个频道的私人和古典能力同时并可以明确计算, 即使该频道不属于已知基本信息数量具有添加性的任何类别。 此外, 这个频道的量子能力可以明确计算, 以清晰和令人信服的推论为真。 在某些特殊案例中, 这个“ 静态对准的猜想” 被证明, 并且提供了额外的数字证据来证明它的有效性。 最后, 我们用两种方式概括了该方位频道的私人和古典能力, 并且可以明确计算出类似的丰富行为, 即使该频道不属于任何已知的信息数量级的类别。 此外, 我们用一个未知的版本来展示一个未知的版本, 。 当一个未知的版本在未知的版本之前, 演示中, 我们用一个未知的版本展示一个未知的版本中, 展示一个未知的版本的版本, 。

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