量子信道零错容量的理论及其应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61179030
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    段润尧
  • 依托单位：
    清华大学
  • 学科分类：
    F0101.信息论
  • 结题年份：
    2015
  • 批准年份：
    2011
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2012-01-01 至2015-12-31

项目摘要

1956年信息论之父Shannon引入零错容量的概念用于刻画有噪信道精确传递信息的能力。自此之后，有关这一容量及相关问题的研究已经发展成为了一个规模宏大的领域：零错信息论。将这些结论推广到量子信道的情形对于构建高可信量子通讯网络，并进一步发掘量子信息处理的潜力都起着至关重要的作用。尽管已经获得一些有趣的结果，系统的量子推广还依然缺乏，这主要由于量子信道和量子纠缠的复杂数学结构。本项目将系统地应用代数几何、量子纠缠理论、以及组合优化等学科中的强有力数学工具建立一个完整的量子零错信息论的理论框架。重点解决如下问题：一 获得量子信道精确传递信息能力的有效刻画；二 准确揭示诸如共享纠缠和经典反馈等辅助物理资源在量子精确通信中所扮演的角色；三 深入探讨量子零错容量的各种推广和应用。这些问题的解决将极大扩充现有量子信息论以及相关交叉学科的知识，并有望在实际量子通信中发挥指导作用。

结项摘要

1956年信息论之父Shannon引入零错容量的概念用于刻画有噪信道精确传递信息的能力。自此之后，有关这一容量及相关问题的研究已经发展成为了一个规模宏大的领域：零错信息论。将这些结论推广到量子信道的情形对于构建高可信量子通讯网络，并进一步发掘量子信息处理的潜力都起着至关重要的作用。尽管已经获得一些有趣的结果，系统的量子推广还依然缺乏，这主要由于量子信道和量子纠缠的复杂数学结构。本项目系统地应用了代数几何、量子纠缠理论、以及组合优化等学科中的强有力数学工具来建立完整的量子零错信息论的理论框架。重点解决如下问题：一 获得量子信道精确传递信息能力的有效刻画；二 准确揭示诸如共享纠缠和经典反馈等辅助物理资源在量子精确通信中所扮演的角色；三 深入探讨量子零错容量的各种推广和应用。这些问题的解决将极大扩充现有量子信息论以及相关交叉学科的知识，并有望在实际量子通信中发挥指导作用。本项目在这些问题上均取得重要进展，代表性的成果包括：1) 引入了量子Lovász数以及非交换图的概念并将其应用于量子信道的纠缠辅助零错通信研究；2) 引入了一类所谓量子不可超光速通信的资源到零错通信问题之中，并最终首次得到了著名的Lovász数的完整信息论解释；3) 发现了在进行局域信息分辨时存在所谓的纠缠催化分辨的现象。这些成果极大地推动了量子零错信息论的发展。

项目成果

期刊论文数量（11）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（2）
专利数量（0）
Distinguishability of Quantum States by Positive Operator-Valued Measures With Positive Partial Transpose
通过正部分转置的正算子值测量来区分量子态
  • DOI：
    10.1109/tit.2014.2307575
  • 发表时间：
    2012-09
  • 期刊：
    IEEE Transactions on Information Theory
  • 影响因子：
    2.5
  • 作者：
    Yu, Nengkun;Duan, Runyao;Ying, Mingsheng
  • 通讯作者：
    Ying, Mingsheng
Four Locally Indistinguishable Ququad-Ququad Orthogonal Maximally Entangled States
四个局部不可区分的 Ququad-Ququad 正交最大纠缠态
  • DOI：
    10.1103/physrevlett.109.020506
  • 发表时间：
    2012-07-13
  • 期刊：
    PHYSICAL REVIEW LETTERS
  • 影响因子：
    8.6
  • 作者：
    Yu, Nengkun;Duan, Runyao;Ying, Mingsheng
  • 通讯作者：
    Ying, Mingsheng
Five two-qubit gates are necessary for implementing the Toffoli gate
实现 Toffoli 门需要五个二量子位门
  • DOI：
    10.1103/physreva.88.010304
  • 发表时间：
    2013-01
  • 期刊：
    Physical Review A
  • 影响因子：
    2.9
  • 作者：
    Yu, Nengkun;Duan, Runyao;Ying, Mingsheng
  • 通讯作者：
    Ying, Mingsheng
Multipartite W - type state is determined by its single - particle reduced density matrices among all W - type states
多部分W型态是由所有W型态中的单粒子约简密度矩阵决定的
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    Physical Review A
  • 影响因子：
    2.9
  • 作者：
    Yu, Nengkun
  • 通讯作者：
    Yu, Nengkun
Uniqueness of quantum states compatible with given measurement results
与给定测量结果兼容的量子态的唯一性
  • DOI：
    10.1103/physreva.88.012109
  • 发表时间：
    2012-12
  • 期刊：
    Physical Review A
  • 影响因子：
    2.9
  • 作者：
    Johnston, Nathaniel;Kribs, David;Shultz, Frederic;Zeng, Bei
  • 通讯作者：
    Zeng, Bei

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其他文献

Yuan Feng, Runyao Duan and Min
袁峰、段润耀、敏
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    冯元;段润尧;应明生*
  • 通讯作者：
    应明生*
Xiaoming Sun, Runyao Duan, Min
孙晓明、段润耀、敏
  • DOI：
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  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    孙晓明;段润尧;应明生*
  • 通讯作者：
    应明生*
Runyao Duan, Yuan Feng and Min
段润耀、袁峰、敏
  • DOI：
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  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    段润尧;冯元;应明生*
  • 通讯作者：
    应明生*

其他文献

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段润尧的其他基金

量子状态分辨及其在量子信道容量计算中的应用
  • 批准号：
    60702080
  • 批准年份：
    2007
  • 资助金额：
    23.0 万元
  • 项目类别：
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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