4. Quanteninformationstheorie

Das vorliegende Kapitel führt in die mathematische Modellierung von Quantenkommunikationssystemen im Sinne der Shannon’schen Konzeption der Informationstheorie ein. Sowohl bei der Auswahl der behandelten Themen als auch bei der methodischen Herangehensweise lassen sich Analogien zu dem Stoff ziehen, der in den Standardmodulen der klassischen Informationstheorie behandelt wird, die unter anderem für Master- und Bachelorstudenten der Elektrotechnik und der Kommunikationswissenschaften gedacht sind. Nachdem wir die eher grundlegenden Kommunikationsprotokolle behandelt haben, gehen wir zu fortgeschritteneren Modellen über, in denen die Kommunikation mit verschiedenen Arten von Quantenkanälen durchgeführt werden kann. Zu den in diesem Kapitel behandelten Themen gehören Quantenteleportation und superdense coding, Quantenhypothesentests, Quellenkodierung für speicherlose Quantenquellen und Kodierungstheoreme für die klassische Nachrichtenübertragung über speicherlose Quanten- und klassische Quantenkanäle. Wir schließen das Kapitel mit ausgewählten fortgeschrittenen Themen wie informationstheoretische Sicherheit für Quantenkanäle, optimale Protokolle für die Erzeugung von klassischen und Quantenressourcen und schließlich Kommunikation unter realistischeren Modellen wie den zusammengesetzten und willkürlich variierenden Kanälen.