Yksikkökanava

Yksikkökanava, tunnettu myös unitary channel, on käsite kvanttiteoriassa ja kvanttiviestinnässä. Se kuvaa kanavaa, jonka toiminta on puhdas yksikköoperaatio: tilan ρ siirtyy muotoon Φ(ρ) = U ρ U†, jossa U on kvanttiyksikkö eli yksikköoperaattori ja määrittelee järjestelmän kehityksen.

Formalistiikassa yksikkökanava on täysin positiivinen, jälkensä tarkkuuteen säilyttävä (CPTP) kanava, jonka ainoa vaikutus on tilan muutoksen koherentti evoluutio. Kun kyseessä on suljettu järjestelmä, U on tilan globaali evoluutio, eikäTallennettu tieto häviä kanavasta mihinkään kohinaan tai sekoittumiseen. Puhtaille tiloille UρU† jää puhtaaksi tilaksi, ja von Neumann -entropia S(ρ) säilyy.

Ominaisuudet ja merkitys: yksikkökanava on käänteinen, eli sen voi perua alkuperäisellä U†-operaatiolla, ja se ei aiheuta informaation menetyksiä. Se voi luoda tai vahvistaa kvantti-entanglaatiota ulkoisten järjestelmien kanssa, mutta ei voi aiheuttaa epätoivottua epäjärjestyksen tai virheiden syntyä ilman ulkoista kohinaa. Tämä tekee yksikkökanavasta teoreettisesti täydellisen kanavan: se säilyttää tilan puhtauden ja deterministisesti siirtää kvantti-informaation.

Kapasiteteista: ideaalisen yksikkökanavan kapasiteetit ovat maksimaalisen suuria suhteessa syötteen ulottuvuuteen. Jos kanavan sisääntulon Hilbertin tilan ulottuvuus on d, sen kvanttipitoinen kapasiteetti on log2(d) qubittia per kanavakäyttö, ja klassinen kapasiteetti on vastaavasti korkea, erityisesti kun käytetään ortogonaalisia tiloja. Käytännössä yksikkökanavat ilmenevät kvanttioperaattoreina ja ovat keskeisiä kvanttiesiirtotoiminnoissa sekä kvanttibasileissa.

Esimerkeiksi kelpaavat Pauli-, Hadamard- ja SWAP-operaattorit sekä yleiset U-käyrät, jotka toteuttavat täsmällisen, häiriöttömän tilansiirron. Yksikkökanava eroaa mittauksesta, joka on epäcoherentia ja yleensä informaation osalta tuhoaa osan tilasta.