Information Transfer through Quantum Channels

Diese Dissertation zur Erlangung des Grades eines Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.) entstand zwischen August 2003 und Dezember 2006 in Prof. Reinhard F. Werners Arbeitsgruppe Quanteninformationstheorie an der Technischen Universität Braunschweig und Prof. Artur Ekerts Centre for Quantum Computation an der Universität Cambridge. Die Quanteninformationswissenschaft untersucht mit den Ideen und Methoden der Physik, der Informatik und der Informationstheorie, wie sich charakteristisch quantenphysikalische Effekte, beispielsweise Superposition und Verschränkung, zur Verarbeitung und Übertragung von Information nutzbar machen lassen. Die vorliegende Dissertation fällt in das Gebiet der abstrakten Quanteninformationstheorie, die die grundlegenden Ressourcen für die Verarbeitung von Quanteninformation sowie deren Wechselbeziehungen und Abhängigkeiten untersucht. Eine jede solche Verarbeitung von Quanteninformation läßt sich mathematisch beschreiben als sogenannter Quantenkanal, eine vollständig positive und spurerhaltende Abbildung zwischen den physikalischen Systemen zugeordneten Observablen-Algebren. In dieser Arbeit werden sowohl grundlegende Eigenschaften solcher Quantenkanäle (vor allem in den Kap. 3 und Kap. 4) als auch ihre asymptotischen Kapazitäten für die Übertragung von klassischer Information und Quanteninformation (in Kap. 5 bis 8) untersucht.