16、量子通信协议：从单位协议到Qudit协议

量子通信协议：从单位协议到Qudit协议

在量子通信领域，有三个重要的单位协议，它们分别利用了经典通信、量子通信和纠缠这三种基本资源。这些协议不仅展示了资源之间有趣的组合方式，还为量子香农理论的发展奠定了基础。

1. 相关练习与问题

在深入探讨协议的最优性之前，先来看几个相关的练习和问题。
- 练习6.2.6 ：证明可以通过以下技术模拟去相位量子比特信道。首先，Alice制备一个最大纠缠的贝尔态$|\Phi^+\rangle$，然后通过去相位量子比特信道将其中一部分发送给Bob，接着Alice和Bob执行通常的隐形传态协议。可以证明，这个过程与直接通过去相位信道发送一个量子比特的结果相同。这是因为去相位信道与所有泡利算符都对易。
- 练习6.2.7 ：从隐形传态协议构建纠缠交换协议。假设Charlie和Alice拥有一个二部态$|\psi\rangle_{CA}$，如果Alice将她在$|\psi\rangle_{CA}$中的份额隐形传态给Bob，那么Charlie和Bob将共享态$|\psi\rangle_{CB}$。当$|\psi\rangle_{CA}$是一个ebit时，这个协议就等同于纠缠交换协议。

2. 三个单位协议的最优性

在量子通信中，我们总是关注某些协议的最优性。对于前面提到的协议，有几个关键问题值得探讨：
1. 在纠缠分发中，每个量子比特产生一个ebit是否是最优的，能否使用一个无噪声量子比特信道产生超过一个ebit的纠缠？
2. 在超密编码中，能否用少于一个无噪声量子比特信道或少于一个无噪声ebit产生两个无噪声经典比特信