The unique and often-weird properties of quantum mechanics allow an information carrier to propagate through multiple trajectories of quantum channels simultaneously. This ultimately leads us to quantum trajectories with an indefinite causal order of quantum channels. It has been shown that indefinite causal order enables the violation of bottleneck capacity, which bounds the amount of the transferable classical and quantum information through a classical trajectory with a well-defined causal order of quantum channels. In this treatise, we investigate this beneficial property in the realm of both entanglement-assisted classical and quantum communications. To this aim, we derive closed-form capacity expressions of entanglement-assisted classical and quantum communication for arbitrary quantum Pauli channels over classical and quantum trajectories. We show that by exploiting the indefinite causal order of quantum channels, we obtain capacity gains over classical trajectory as well as the violation of bottleneck capacity for various practical scenarios. Furthermore, we determine the operating region where entanglement-assisted communication over quantum trajectory obtains capacity gain against classical trajectory and where the entanglement-assisted communication over quantum trajectory violates the bottleneck capacity.


翻译:量子力学的独特和往往奇怪的特性使信息载体能够同时通过量子信道的多重轨迹传播。这最终导致我们进入量子轨迹,而量子频道的无限因果顺序不固定。已经表明,无限因果顺序使瓶颈能力受到违反,这通过古典轨迹,以明确界定的量子频道因果顺序,将可转移的古典和量子信息量子量子能力限制在一定数量的古典轨迹上。在这项论文中,我们从缠绕式协助的古典和量子通信领域调查了这种有益的财产。为此,我们为典型和量子轨迹的任意量子保利频道收集了缠绕式传统和量子通信的封闭式能力表达。我们表明,通过利用无限因果质子通道的固定因果顺序,我们在传统轨迹以及各种实际情景中侵犯瓶颈能力方面获得了能力。此外,我们确定在哪些操作区域中,对量子轨迹轨迹上的纠缠绕式辅助通信获得了能力,而在量子轨迹轨迹轨迹上的纠缠绕辅助通信违反了瓶容量能力。

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