Unificar diferentes nociones de incompatibilidad cuántica en una jerarquía estricta de teorías de recursos de comunicación

Unificar diferentes nociones de incompatibilidad cuántica en una jerarquía estricta de teorías de recursos de comunicación

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francesco buscemi1, Kodai Kobayashi1, Shintaro Minagawa1, paolo perinotti2,3y Alejandro Tosini2,3

1Departamento de Informática Matemática, Universidad de Nagoya, Furo-cho, Chikusa-ku, 464-8601 Nagoya, Japón
2Grupo QUIT, Departamento de Física, Universidad de Pavia, via Bassi 6, 27100 Pavia, Italia
3INFN Sezione di Pavia, via Bassi 6, 27100 Pavia, Italia

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Resumen

Si bien existe un consenso general sobre la definición de POVM incompatibles, al pasar al nivel de los instrumentos se encuentra una situación mucho menos clara, con definiciones de incompatibilidad matemáticamente diferentes y lógicamente independientes. Aquí cerramos esta brecha introduciendo la noción de $q-compatibilidad$, que unifica diferentes nociones de POVM, canales e incompatibilidad de instrumentos en una jerarquía de teorías de recursos de comunicación entre partes separadas. Las teorías de recursos que obtenemos son $completas$, en el sentido de que contienen familias completas de operaciones libres y monótonas que proporcionan condiciones necesarias y suficientes para la existencia de una transformación. Además, nuestro marco es completamente $operativo$, en el sentido de que las transformaciones libres se caracterizan explícitamente, en términos de operaciones locales con la ayuda de una comunicación clásica dirigida causalmente restringida, y todos los monótonos poseen una interpretación de teoría de juegos que los hace medibles experimentalmente en principio. De este modo, podemos precisar exactamente en qué consiste cada noción de incompatibilidad, en términos de recursos teóricos de la información.

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► referencias

[ 1 ] Iwo Białynicki-Birula y Jerzy Mycielski. Relaciones de incertidumbre para la entropía de la información en la mecánica ondulatoria. Communications in Mathematical Physics, 44(2):129–132, 1975. URL: https:/​/​link.springer.com/​article/​10.1007/​BF01608825, doi:10.1007/​BF01608825.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01608825

[ 2 ] Mario Berta, Matthias Christandl, Roger Colbeck, Joseph M Renes y Renato Renner. El principio de incertidumbre en presencia de memoria cuántica. Nature Physics, 6(9):659–662, 2010. URL: https:/​/​www.nature.com/​articles/​nphys1734, doi:10.1038/​nphys1734.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1734
https: / / www.nature.com/ articles / nphys1734

[ 3 ] Howard Barnum, Carlton M. Caves, Christopher A. Fuchs, Richard Jozsa y Benjamin Schumacher. Los estados mixtos sin desplazamiento no se pueden transmitir. física Rev. Lett., 76:2818–2821, abril de 1996. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.76.2818, doi:10.1103/​PhysRevLett.76.2818.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.76.2818

[ 4 ] Nicolás Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani y Stephanie Wehner. Bell no localidad. Rev.Mod. Phys., 86:419–478, abril de 2014. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.86.419, doi:10.1103/​RevModPhys.86.419.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419

[ 5 ] Francesco Buscemi, Eric Chitambar y Wenbin Zhou. Teoría completa de recursos de incompatibilidad cuántica como programabilidad cuántica. física Rev. Lett., 124:120401, marzo de 2020. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.124.120401, doi:10.1103/​PhysRevLett.124.120401.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.120401

[ 6 ] Francesco Buscemi y Nilanjana Datta. Equivalencia entre divisibilidad y disminución monótona de información en procesos estocásticos clásicos y cuánticos. física Rev. A, 93:012101, enero de 2016. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.93.012101, doi:10.1103/​PhysRevA.93.012101.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.012101

[ 7 ] Francesco Buscemi, Nilanjana Datta y Sergii Strelchuk. Caracterización por teoría de juegos de canales antidegradables. Journal of Mathematical Physics, 55(9):092202, 2014. arXiv:https:/​/​doi.org/​10.1063/​1.4895918, doi:10.1063/​1.4895918.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4895918
arXiv: https: //doi.org/10.1063/1.4895918

[ 8 ] Francesco Buscemi y Gilad Gour. Curvas cuánticas relativas de lorenz. física Rev. A, 95:012110, enero de 2017. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.95.012110, doi:10.1103/​PhysRevA.95.012110.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.012110

[ 9 ] Francesco Buscemi, Masahito Hayashi y Michał Horodecki. Balance de información global en medidas cuánticas. Physical Review Letters, 100(21):210504, 2008. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.100.210504, doi:10.1103/​PhysRevLett.100.210504.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.210504

[ 10 ] Francesco Buscemi, Michael JW Hall, Masanao Ozawa y Mark M. Wilde. Ruido y perturbación en mediciones cuánticas: un enfoque teórico de la información. Physical Review Letters, 112(5):050401, 2014. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.112.050401, doi:10.1103/​PhysRevLett.112.050401.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.050401

[ 11 ] Francesco Buscemi, Kodai Kobayashi y Shintaro Minagawa. Una teoría de recursos completa y operativa de la nitidez de la medición, 2023. arXiv:2303.07737.
arXiv: 2303.07737

[ 12 ] David Blackwell. Comparaciones equivalentes de experimentos. The Annals of Mathematical Statistics, 24(2):265–272, 1953. URL: http:/​/​www.jstor.org/​stable/​2236332, doi:10.1214/​aoms/​1177729032.
https: / / doi.org/ 10.1214 / aoms / 1177729032
http: / / www.jstor.org/ stable / 2236332

[ 13 ] Paul Busch, Pekka J. Lahti y Peter Mittelstaedt. La teoría cuántica de la medida. Springer Berlín Heidelberg, 1996. doi:10.1007/978-3-540-37205-9.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-37205-9

[ 14 ] Paul Busch, Pekka Lahti y Reinhard F. Werner. Coloquio: Relación entre el error cuadrático medio cuántico y la incertidumbre de medida. Rev.Mod. Phys., 86:1261–1281, diciembre de 2014. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.86.1261, doi:10.1103/​RevModPhys.86.1261.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.1261

[ 15 ] Francesco Buscemi, David Sutter y Marco Tomamichel. Un tratamiento teórico de la información de las dicotomías cuánticas. Quantum, 3:209, diciembre de 2019. doi:10.22331/q-2019-12-09-209.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-12-09-209

[ 16 ] Francesco Buscemi. Todos los estados cuánticos entrelazados son no locales. física Rev. Lett., 108:200401, mayo de 2012. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.108.200401, doi:10.1103/​PhysRevLett.108.200401.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.200401

[ 17 ] Francesco Buscemi. Comparación de modelos estadísticos cuánticos: Condiciones equivalentes de suficiencia. Communications in Mathematical Physics, 310(3):625–647, 2012. doi:10.1007/​s00220-012-1421-3.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-012-1421-3

[ 18 ] Francesco Buscemi. Declaraciones totalmente cuánticas de tipo segunda ley de la teoría de las comparaciones estadísticas, 2015. URL: https:/​/​arxiv.org/​abs/​1505.00535, doi:10.48550/​ARXIV.1505.00535.
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.1505.00535
arXiv: 1505.00535

[ 19 ] Francesco Buscemi. Canales degradables, canales menos ruidosos y morfismos estadísticos cuánticos: una relación de equivalencia. Probl Inf Transm, 52:201–213, 2016. doi:10.1134/​S0032946016030017.
https: / / doi.org/ 10.1134 / S0032946016030017

[ 20 ] Francesco Buscemi. Teoremas de procesamiento inverso de datos y segundas leyes computacionales. En Masanao Ozawa, Jeremy Butterfield, Hans Halvorson, Miklós Rédei, Yuichiro Kitajima y Francesco Buscemi, editores, Reality and Measurement in Algebraic Quantum Theory, páginas 135–159, Singapur, 2018. Springer Singapur. doi:10.1007/978-981-13-2487-1.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-981-13-2487-1

[ 21 ] Giulio Chiribella, G Mauro D'Ariano y Paolo Perinotti. Transformación de operaciones cuánticas: supermapas cuánticos. EPL (Europhysics Letters), 83(3):30004, 2008. URL: https:/​/​iopscience.iop.org/​article/​10.1209/​0295-5075/​83/​30004, doi:10.1209/ 0295-5075/83/30004.
https:/​/​doi.org/​10.1209/​0295-5075/​83/​30004

[ 22 ] Eric Chitambar y Gilad Gour. Teorías cuánticas de los recursos. Rev.Mod. Phys., 91:025001, abril de 2019. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.91.025001, doi:10.1103/​RevModPhys.91.025001.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.91.025001

[ 23 ] Giacomo Mauro D'Ariano, Paolo Perinotti y Alessandro Tosini. Incompatibilidad de observables, canales e instrumentos en las teorías de la información. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, 55(39):394006, 2022. URL: https:/​/​iopscience.iop.org/​article/​10.1088/​1751-8121/​ac88a7/​meta, doi :10.1088/1751-8121/ac88a7.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ac88a7

[ 24 ] Gilad Gour, David Jennings, Francesco Buscemi, Runyao Duan e Iman Marvian. Mayorización cuántica y un conjunto completo de condiciones entrópicas para la termodinámica cuántica. Nature Communications, 9(1), diciembre de 2018. URL: https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-018-06261-7 https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467- 018-06261-7 doi:10.1038/​s41467-018-06261-7.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-018-06261-7

[ 25 ] Werner KarlHeisenberg. Über den anschaulichen inhalt der quantentheoretischen kinematik und mechanik. Zeitschrift für Physik, 43:172–198, 1927. URL: https:/​/​link.springer.com/​article/​10.1007 doi:10.1007/​BF01397280.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01397280

[ 26 ] Ryszard Horodecki, Paweł Horodecki, Michał Horodecki y Karol Horodecki. Entrelazamiento cuántico. Rev.Mod. Phys., 81:865–942, junio de 2009. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.81.865, doi:10.1103/​RevModPhys.81.865.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.865

[ 27 ] Chung-Yun Hsieh, Matteo Lostaglio, and Antonio Acín. Problema marginal del canal cuántico. física Rev. Res., 4:013249, marzo de 2022. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.4.013249, doi:10.1103/​PhysRevResearch.4.013249.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.4.013249

[ 28 ] Godfrey Harold Hardy, John Edensor Littlewood y George Polya. Desigualdades. Prensa de la universidad de Cambridge, 1952. URL: https:/​/​books.google.it/​books?id=t1RCSP8YKt8C.
https://​/​books.google.it/​books?id=t1RCSP8YKt8C

[ 29 ] Teiko Heinosaari, Takayuki Miyadera y Daniel Reitzner. Dispositivos cuánticos fuertemente incompatibles. Fundamentos de física, 44(1):34–57, 2014. doi:10.1007/​s10701-013-9761-1.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10701-013-9761-1

[ 30 ] Teiko Heinosaari, Takayuki Miyadera y Mário Ziman. Una invitación a la incompatibilidad cuántica. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, 49(12):123001, febrero de 2016. doi:10.1088/1751-8113/49/12/123001.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​49/​12/​123001

[ 31 ] Teiko Heinosaari, Daniel Reitzner y Peter Stano. Notas sobre la mensurabilidad conjunta de observables cuánticos. Fundamentos de física, 38(12):1133–1147, 2008. URL: https:/​/​link.springer.com/​article/​10.1007/​s10701-008-9256-7, doi:10.1007/​s10701 -008-9256-7.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10701-008-9256-7

[ 32 ] Kaiyuan Ji y Eric Chitambar. La incompatibilidad como recurso para instrumentos cuánticos programables. arXiv:2112.03717, 2021. URL: https:/​/​arxiv.org/​abs/​2112.03717.
arXiv: 2112.03717

[ 33 ] Ana Jencova. Comparación de canales cuánticos y experimentos estadísticos, 2015. URL: https:/​/​arxiv.org/​abs/​1512.07016, doi:10.48550/​ARXIV.1512.07016.
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.1512.07016
arXiv: 1512.07016

[ 34 ] Ana Jencova. Una teoría general de comparación de canales cuánticos (y más allá). IEEE Transactions on Information Theory, 67(6):3945–3964, 2021. doi:10.1109/​TIT.2021.3070120.
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2021.3070120

[ 35 ] Eneet Kaur, Siddhartha Das, Mark M. Wilde y Andreas Winter. La extensibilidad limita el rendimiento de los procesadores cuánticos. física Rev. Lett., 123:070502, agosto de 2019. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.123.070502, doi:10.1103/​PhysRevLett.123.070502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.070502

[ 36 ] Eneet Kaur, Siddhartha Das, Mark M. Wilde y Andreas Winter. Teoría de recursos de inextensibilidad y capacidad cuántica no asintótica. física Rev. A, 104:022401, agosto de 2021. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.104.022401, doi:10.1103/​PhysRevA.104.022401.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.022401

[ 37 ] Arindam Mitra y Máté Farkas. Compatibilidad de instrumentos cuánticos. física Rev. A, 105:052202, mayo de 2022. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.105.052202, doi:10.1103/​PhysRevA.105.052202.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.052202

[ 38 ] Albert W. Marshall, Ingram Olkin y Barry C. Arnold. Desigualdades: teoría de la mayorización y sus aplicaciones. Springer, 2010. doi:10.1007/978-0-387-68276-1.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-0-387-68276-1

[ 39 ] Hans Maassen y JBM Uffink. Relaciones de incertidumbre entrópica generalizada. física Rev. Lett., 60:1103–1106, marzo de 1988. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.60.1103, doi:10.1103/​PhysRevLett.60.1103.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.60.1103

[ 40 ] Masanao Ozawa. Procesos cuánticos de medida de observables continuos. Journal of Mathematical Physics, 25:79–87, 1984. URL: https:/​/​aip.scitation.org/​doi/​10.1063/​1.526000, doi:10.1063/​1.526000.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.526000

[ 41 ] Masanao Ozawa. Reformulación universalmente válida del principio de incertidumbre de Heisenberg sobre ruido y perturbaciones en la medición. física Rev. A, 67:042105, abril de 2003. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.67.042105, doi:10.1103/​PhysRevA.67.042105.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.67.042105

[ 42 ] Masanao Ozawa. Relaciones de incertidumbre para el ruido y la perturbación en medidas cuánticas generalizadas. Annals of Physics, 311(2):350–416, 2004. URL: https:/​/​www.sciencedirect.com/​science/​article/​pii/​S0003491604000089, doi:10.1016/​j.aop. 2003.12.012.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2003.12.012
https: / / www.sciencedirect.com/ science / article / pii / S0003491604000089

[ 43 ] Masanao Ozawa. La derivación original de Heisenberg del principio de incertidumbre y sus reformulaciones universalmente válidas. Current Science, 109(11):2006–2016, 2015. URL: http:/​/​www.jstor.org/​stable/​24906690.
http: / / www.jstor.org/ stable / 24906690

[ 44 ] Masanao Ozawa. Solidez y completitud de los errores cuánticos de raíz cuadrática media. npj Quantum Inf, 5(1), 2019. doi:10.1038/​s41534-018-0113-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-018-0113-z

[ 45 ] Martín Plavala. Comunicación privada.

[ 46 ] Denis Rosset, Francesco Buscemi y Yeong-Cherng Liang. Teoría de los recursos de las memorias cuánticas y su verificación fiel con suposiciones mínimas. física Rev. X, 8:021033, mayo de 2018. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.8.021033, doi:10.1103/​PhysRevX.8.021033.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.021033

[ 47 ] Bartosz Regula, Varun Narasimhachar, Francesco Buscemi y Mile Gu. Manipulación de coherencia con operaciones covariantes de desfase. física Rev. Research, 2:013109, enero de 2020. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.2.013109, doi:10.1103/​PhysRevResearch.2.013109.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013109

[ 48 ] HP Robertson. El principio de incertidumbre. física Rev., 34:163–164, julio de 1929. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRev.34.163, doi:10.1103/​PhysRev.34.163.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.34.163

[ 49 ] Denis Rosset, David Schmid y Francesco Buscemi. Caracterización independiente del tipo de recursos separados similares al espacio. física Rev. Lett., 125:210402, noviembre de 2020. URL: https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.125.210402, doi:10.1103/​PhysRevLett.125.210402.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.210402

[ 50 ] David Schmid, Thomas C. Fraser, Ravi Kunjwal, Ana Belén Sainz, Elie Wolfe y Robert W. Spekkens. Comprender la interacción del entrelazamiento y la no localidad: motivar y desarrollar una nueva rama de la teoría del entrelazamiento, 2020. URL: https:/​/​arxiv.org/​abs/​2004.09194, doi:10.48550/​ARXIV.2004.09194.
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2004.09194
arXiv: 2004.09194

[ 51 ] Paul Skrzypczyk y Noah Linden. Robustez de medida, juegos de discriminación e información accesible. física Rev. Lett., 122:140403, abril de 2019. doi:10.1103/​PhysRevLett.122.140403.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.140403

[ 52 ] David Schmid, Denis Rosset y Francesco Buscemi. La teoría de los recursos independientes del tipo de las operaciones locales y la aleatoriedad compartida. Quantum, 4:262, abril de 2020. doi:10.22331/q-2020-04-30-262.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-30-262

[ 53 ] Wenbin Zhou y Francesco Buscemi. Transiciones de estado general con morfismos de recursos exactos: un enfoque teórico de recursos unificado. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, 53(44):445303, octubre de 2020. URL: https:/​/​dx.doi.org/​10.1088/​1751-8121/​abafe5, doi:10.1088/​1751 -8121/abafe5.
https://​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​abafe5

Citado por

[1] Leevi Leppäjärvi y Michal Sedlák, “Incompatibilidad de instrumentos cuánticos”, arXiv: 2212.11225, (2022).

[2] Marco Erba, Paolo Perinotti, Davide Rolino y Alessandro Tosini, “La incompatibilidad de medición es estrictamente más fuerte que la perturbación”, arXiv: 2305.16931, (2023).

[3] Stanley Gudder, “Una teoría de los instrumentos cuánticos”, arXiv: 2305.17584, (2023).

[4] Ning Gao, Dantong Li, Anchit Mishra, Junchen Yan, Kyrylo Simonov y Giulio Chiribella, “Medir la incompatibilidad y agrupar observables cuánticos con un interruptor cuántico”, Cartas de revisión física 130 17, 170201 (2023).

[5] Francesco Buscemi, Kodai Kobayashi y Shintaro Minagawa, "Una teoría de recursos completa y operativa de la nitidez de la medición", arXiv: 2303.07737, (2023).

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