A csatornaegyüttesek nem-klasszikusságának erőforráselmélete

A csatornaegyüttesek nem-klasszikusságának erőforráselmélete

Forrás csomópont: 2936260

Beata Zjawin1, Schmid Dávid1, Matty J. Hoban2,3, és Ana Belén Sainz1

1Nemzetközi Kvantumtechnológiák Elméleti Központ, Gdański Egyetem, 80-309 Gdańsk, Lengyelország
2Cambridge Quantum Computing Ltd
3Quantinuum LLC

Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.

Absztrakt

Amikor két fél, Alice és Bob korrelált kvantumrendszereken osztoznak, és Alice helyi méréseket végez, Alice frissített leírása Bob állapotáról bizonyítékot szolgáltathat a nem klasszikus korrelációkra. Ezt az egyszerű forgatókönyvet, amelyet Einstein, Podolsky és Rosen (EPR) vezettek be, módosítani lehet úgy, hogy lehetővé teszi Bob számára, hogy klasszikus vagy kvantumrendszert is használjon bemenetként. Ebben az esetben Alice Bob laborjában frissíti a csatornával kapcsolatos ismereteit (nem pedig az államról). Ebben a cikkben egységes keretet adunk az EPR forgatókönyv különféle ilyen általánosításai nem-klasszikusságának tanulmányozására. Ezt egy erőforrás-elmélet segítségével tesszük, amelyben a szabad műveletek helyi műveletek és megosztott véletlenszerűség (LOSR). Levezetünk egy félig meghatározott programot az EPR források előrendelésének tanulmányozására, és feltárjuk az utóbbiak közötti lehetséges konverziókat. Ezenkívül analitikusan és numerikusan is tanulmányozzuk a kvantum utáni erőforrások közötti konverziókat.

► BibTeX adatok

► Referenciák

[1] John S Bell. „Az Einstein Podolsky Rosen paradoxonról”. Physics Physique Fizika 1, 195 (1964).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[2] Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani és Stephanie Wehner. „Harang nem lokalitás”. Reviews of Modern Physics 86, 419 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.86.419

[3] Albert Einstein, Boris Podolsky és Nathan Rosen. „Tekinthető-e teljesnek a fizikai valóság kvantummechanikai leírása?”. Physical Review 47, 777 (1935).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRev.47.777

[4] Erwin Schrödinger. „Az elkülönült rendszerek közötti valószínűségi összefüggések megbeszélése”. Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society 31, 555–563 (1935).
https://​/​doi.org/​10.1017/​S0305004100013554

[5] Eric Gama Cavalcanti, Steve J Jones, Howard M Wiseman és Margaret D Reid. „A kormányzás kísérleti kritériumai és az Einstein-Podolsky-Rosen paradoxon”. Fizikai Szemle A 80, 032112 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.80.032112

[6] Howard M Wiseman, Steve James Jones és Andrew C Doherty. „Kormányzás, összefonódás, nem lokalitás és az Einstein-Podolsky-Rosen paradoxon”. Physical Review letters 98, 140402 (2007).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.98.140402

[7] Roope Uola, Ana CS Costa, H Chau Nguyen és Otfried Gühne. „Kvantumkormányzás”. Reviews of Modern Physics 92, 015001 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.92.015001

[8] Cyril Branciard, Eric G Cavalcanti, Stephen P Walborn, Valerio Scarani és Howard M Wiseman. „Egyoldali eszközfüggetlen kvantumkulcs-elosztás: Biztonság, megvalósíthatóság és kapcsolat a kormányzással”. Physical Review A 85, 010301 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.85.010301

[9] Yu Xiang, Ioannis Kogias, Gerardo Adesso és Qiongyi He. „Multipartite Gauss-steering: Monogámia megszorítások és kvantumkriptográfiai alkalmazások”. Phys. Rev. A 95, 010101 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.95.010101

[10] Daniel Cavalcanti, Paul Skrzypczyk, GH Aguilar, RV Nery, PH Souto Ribeiro és SP Walborn. „Az összefonódás észlelése aszimmetrikus kvantumhálózatokban és többrészes kvantumirányításban”. Nature Communications 6, 1–6 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1038/​ncomms8941

[11] Alejandro Máttar, Paul Skrzypczyk, GH Aguilar, RV Nery, PH Souto Ribeiro, SP Walborn és Daniel Cavalcanti. „Kísérleti többrészes összefonódás és a w állapot véletlenszerűségének tanúsítása a kvantumirányítási forgatókönyvben”. Quantum Science and Technology 2, 015011 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​aa629b

[12] Elsa Passaro, Daniel Cavalcanti, Paul Skrzypczyk és Antonio Acín. „Optimális véletlenszerűség tanúsítása a kvantumirányítási és előkészítési és mérési forgatókönyvekben”. New Journal of Physics 17, 113010 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​11/​113010

[13] Yun Zhi Law, Jean-Daniel Bancal, Valerio Scarani és mások. „Kvantum-véletlenségi extrakció az eszközök különböző szintű jellemzéséhez”. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 47, 424028 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​47/​42/​424028

[14] Ivan Šupić és Matty J Hoban. „Öntesztelés az EPR-kormányzáson keresztül”. New Journal of Physics 18, 075006 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​7/​075006

[15] Suchetana Goswami, Bihalan Bhattacharya, Debarshi Das, Souradeep Sasmal, C Jebaratnam és AS Majumdar. „Bármilyen tiszta két qubit összefonódott állapot egyoldalú eszközfüggetlen öntesztje”. Fizikai Szemle A 98, 022311 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.98.022311

[16] Shin-Liang Chen, Huan-Yu Ku, Wenbin Zhou, Jordi Tura és Yueh-Nan Chen. „A kormányozható kvantum-összeállítások robusztus öntesztelése és alkalmazásai az eszközfüggetlen kvantumtanúsítványon”. Quantum 5, 552 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-09-28-552

[17] Matthew F Pusey. „Negativitás és kormányzás: erősebb Peres-sejtés”. Fizikai Szemle A 88, 032313 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.88.032313

[18] Paul Skrzypczyk, Miguel Navascués és Daniel Cavalcanti. „Az Einstein-Podolsky-Rosen kormányzás számszerűsítése”. Physical Review Letters 112, 180404 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.112.180404

[19] Marco Piani és John Watrous. „Az Einstein-Podolsky-Rosen kormányzás szükséges és elegendő kvantuminformációs jellemzése”. Physical Review letters 114, 060404 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.114.060404

[20] Rodrigo Gallego és Leandro Aolita. „A kormányzás erőforrás-elmélete”. Physical Review X 5, 041008 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.5.041008

[21] Beata Zjawin, David Schmid, Matty J Hoban és Ana Belén Sainz. „Az EPR mennyiségi meghatározása: a közös okok miatti együttesek nem klasszikusságának erőforráselmélete”. Quantum 7, 926 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-02-16-926

[22] Elie Wolfe, David Schmid, Ana Belén Sainz, Ravi Kunjwal és Robert W Spekkens. „Quantifying Bell: A közös okú dobozok nem klasszikusságának erőforráselmélete”. Quantum 4, 280 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-06-08-280

[23] David Schmid, Thomas C Fraser, Ravi Kunjwal, Ana Belén Sainz, Elie Wolfe és Robert W Spekkens. „Az összefonódás és a nem lokalitás kölcsönhatásának megértése: az összefonódáselmélet új ágának motiválása és fejlesztése” (2020). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2004.09194.
arXiv: 2004.09194

[24] David Schmid, Denis Rosset és Francesco Buscemi. „A lokális műveletek és a megosztott véletlenszerűség típusfüggetlen erőforráselmélete”. Quantum 4, 262 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-30-262

[25] Marco Piani. „Csatorna irányítás”. JOSA B 32, A1–A7 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1364/​JOSAB.32.0000A1

[26] Ana Belén Sainz, Matty J Hoban, Paul Skrzypczyk és Leandro Aolita. „Kétpárti posztkvantum irányítás általánosított forgatókönyvekben”. Physical Review Letters 125, 050404 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.125.050404

[27] Eric G Cavalcanti, Michael JW Hall és Howard M Wiseman. „Összefonódás ellenőrzése és kormányzás, amikor Alice-ben és Bobban nem lehet megbízni”. Fizikai Szemle A 87, 032306 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.87.032306

[28] Denis Rosset, David Schmid és Francesco Buscemi. „Térszerűen elkülönített erőforrások típusfüggetlen jellemzése”. Physical Review Letters 125, 210402 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.125.210402

[29] Iman Marvian és Robert W Spekkens. „A koherencia számszerűsítése: a kimondható és kimondhatatlan fogalmak megkülönböztetése”. Fizikai Szemle A 94, 052324 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.94.052324

[30] Iman Marvian, Robert W Spekkens és Paolo Zanardi. „Kvantum sebességkorlátozások, koherencia és aszimmetria”. Fizikai Szemle A 93, 052331 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.93.052331

[31] Andreas Winter és Dong Yang. „A koherencia működési erőforrás-elmélete”. Physical Review Letters 116, 120404 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.116.120404

[32] Fernando GSL Brandao, Michał Horodecki, Jonathan Oppenheim, Joseph M Renes és Robert W Spekkens. „A termikus egyensúlyból kilépő kvantumállapotok erőforráselmélete”. Physical Review Letters 111, 250404 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.111.250404

[33] Paul Skrzypczyk, Anthony J Short és Sandu Popescu. „Munkakinyerés és termodinamika egyedi kvantumrendszerekhez”. Nature Communications 5, 1–8 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1038/​ncomms5185

[34] Dominik Janzing, Pawel Wocjan, Robert Zeier, Rubino Geiss és Th Beth. „A megbízhatóság és az alacsony hőmérséklet termodinamikai költsége: a landauer-elv és a második törvény szigorítása”. International Journal of Theoretical Physics 39, 2717–2753 (2000).
https://​/​doi.org/​10.1023/​A:1026422630734

[35] Michał Horodecki és Jonathan Oppenheim. „A kvantum- és nanoméretű termodinamika alapvető korlátai”. Nature Communications 4, 1–6 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1038/​ncomms3059

[36] Gilad Gour, Markus P Müller, Varun Narasimhachar, Robert W Spekkens és Nicole Yunger Halpern. „Az információs egyensúlytalanság erőforrás-elmélete a termodinamikában”. Physics Reports 583, 1–58 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.physrep.2015.04.003

[37] Zoë Holmes, Erick Hinds Mingo, Calvin YR Chen és Florian Mintert. „Az athermalitás és a kvantum-indukált eltérések számszerűsítése a klasszikus fluktuációs összefüggésektől”. Entrópia 22, 111 (2020).
https://​/​doi.org/​10.3390/​e22010111

[38] Michael A Nielsen. „Az összefonódás-transzformációk osztályának feltételei”. Physical Review Letters 83, 436 (1999).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.83.436

[39] Charles H Bennett, Herbert J Bernstein, Sandu Popescu és Benjamin Schumacher. „A részleges összefonódás koncentrálása helyi műveletekkel”. Physical Review A 53, 2046 (1996).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.53.2046

[40] Yuval Rishu Sanders és Gilad Gour. „Szükséges feltételek összefonódási katalizátorokhoz”. Physical Review A 79, 054302 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.79.054302

[41] Francesco Buscemi. "Minden összefonódott kvantumállapot nem lokális." Physical Review Letters 108, 200401 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.108.200401

[42] David Schmid, Haoxing Du, Maryam Mudassar, Ghi Coulter-de Wit, Denis Rosset és Matty J Hoban. „Posztkvantum közös okú csatornák: a helyi műveletek és a megosztott összefonódás erőforráselmélete”. Quantum 5, 419 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-03-23-419

[43] Jonathan Barrett, Noah Linden, Serge Massar, Stefano Pironio, Sandu Popescu és David Roberts. „A nemlokális korrelációk mint információelméleti forrás”. Fizikai áttekintés A 71, 022101 (2005).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.71.022101

[44] Nicolas Brunner és Paul Skrzypczyk. „Nem lokalitási desztilláció és posztkvantumelméletek triviális kommunikációs összetettséggel”. Physical Review letters 102, 160403 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.102.160403

[45] Judea Pearl. "Kauzalitás". Cambridge University Press. (2009).
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511803161

[46] Christopher J Wood és Robert W Spekkens. „A kvantumkorrelációk kauzális felfedező algoritmusainak tanulsága: a harang-egyenlőtlenség megsértésének oksági magyarázata finomhangolást igényel”. New Journal of Physics 17, 033002 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​3/​033002

[47] Paulo J Cavalcanti, John H Selby, Jamie Sikora, Thomas D Galley és Ana Belén Sainz. "A posztkvantumirányítás erősebb, mint a kvantum erőforrás az információfeldolgozásban." npj Quantum Information 8, 1–10 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-022-00574-8

[48] Ana Belén Sainz, Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Paul Skrzypczyk és Vértesi Tamás. „Posztkvantum kormányzás”. Physical Review Letters 115, 190403 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.115.190403

[49] Sandu Popescu és Daniel Rohrlich. „A kvantumnonlokalitás mint axióma”. Foundations of Physics 24, 379–385 (1994).
https://​/​doi.org/​10.1007/​BF02058098

[50] Nicolas Gisin. „Sztochasztikus kvantumdinamika és relativitáselmélet”. Helvetica Physica Acta 62, 363–371 (1989).
https://​/​doi.org/​10.5169/​seals-116034

[51] Lane P Hughston, Richard Jozsa és William K Wootters. „Az adott sűrűségű mátrixszal rendelkező kvantumegyüttesek teljes osztályozása”. Physics Letters A 183, 14–18 (1993).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0375-9601(93)90880-9

[52] Michael A. Nielsen és Isaac L. Chuang. „Kvantumszámítás és kvantuminformáció: 10. évfordulós kiadás”. Cambridge University Press. (2011).
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511976667

[53] David Schmid, Katja Ried és Robert W. Spekkens. „Miért nem jelentik a kezdeti rendszer-környezet összefüggések a teljes pozitivitás kudarcát: oksági perspektíva”. Phys. Rev. A 100, 022112 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.100.022112

[54] Man-Duen Choi. „Teljesen pozitív lineáris térképek összetett mátrixokon”. Lineáris algebra és alkalmazásai 10, 285–290 (1975).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0024-3795(75)90075-0

[55] Andrzej Jamiołkowski. „Lineáris transzformációk, amelyek megőrzik az operátorok nyomvonalát és pozitív félig meghatározottságát”. Reports on Mathematical Physics 3, 275–278 (1972).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(72)90011-0

[56] Gus Gutoski és John Watrous. „A kvantumjátékok általános elmélete felé”. In Proceedings of the 565. éves ACM szimpózium a számítástechnika elméletéről. 2007. oldal (XNUMX).
https://​/​doi.org/​10.1145/​1250790.1250873

[57] Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D'Ariano és Paolo Perinotti. „Elméleti keret kvantumhálózatokhoz”. Physical Review A 80, 022339 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.80.022339

[58] Arthur Fine. „Rejtett változók, közös valószínűség és a Bell egyenlőtlenségek”. Phys. Rev. Lett. 48, 291–295 (1982).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.48.291

[59] "Matlab". url: https://​/​www.mathworks.com/​.
https://​/​www.mathworks.com/​

[60] Michael Grant és Stephen Boyd. „CVX: MATLAB szoftver a fegyelmezett konvex programozáshoz”. url: http://​/​cvxr.com/​cvx.
http://​/​cvxr.com/​cvx

[61] Michael Grant és Stephen Boyd. „Grafikon megvalósítások nem sima konvex programokhoz”. V. Blondel, S. Boyd és H. Kimura, szerkesztők, Recent Advances in Learning and Control. 95–110. oldal. Előadásjegyzetek az Irányítás- és információtudományból. Springer-Verlag Limited (2008).

[62] Jos F Sturm. „Sedumi 1.02, egy Matlab eszköztár használata a szimmetrikus kúpok feletti optimalizáláshoz”. Optimalizálási módszerek és szoftverek 11, 625–653 (1999).
https://​/​doi.org/​10.1080/​10556789908805766

[63] Nathaniel Johnston. „QETLAB: MATLAB eszköztár a kvantumösszefonódáshoz”. url: http://​/​qetlab.com.
http://​/​qetlab.com

[64] Beata Zjawin, David Schmid, Matty J. Hoban és Ana Belén Sainz. kód: beatazjawin/​Quantifying-EPR.
https://​/​github.com/​beatazjawin/​Quantifying-EPR

[65] Daniel Cavalcanti és Paul Skrzypczyk. „Kvantumirányítás: áttekintés a félig meghatározott programozással”. Reports on Progress in Physics 80, 024001 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​80/​2/​024001

[66] Miguel Navascués, Jelena Guryanova, Matty J Hoban és Antonio Acín. „Majdnem kvantumkorrelációk”. Nature Communications 6, 1 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1038/​ncomms7288

[67] Marcin Pawłowski, Tomasz Paterek, Dagomir Kaszlikowski, Valerio Scarani, Andreas Winter és Marek Żukowski. „Az információs kauzalitás mint fizikai elv”. Nature 461, 1101 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1038/​nature08400

[68] Miguel Navascués és Harald Wunderlich. "Egy pillantás a kvantummodell mögé." Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 466, 881 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1098/​rspa.2009.0453

[69] Ana Belén Sainz, Tobias Fritz, Remigiusz Augusiak, J Bohr Brask, Rafael Chaves, Anthony Leverrier és Antonio Acín. „A lokális ortogonalitás elvének feltárása”. Fizikai Szemle A 89, 032117 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.89.032117

[70] Antonio Acín, Tobias Fritz, Anthony Leverrier és Ana Belén Sainz. „A nemlokalitás és a kontextualitás kombinatorikus megközelítése”. Communications in Mathematical Physics 334, 533–628 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-2260-1

[71] Joe Henson és Ana Belén Sainz. „A makroszkopikus non-kontextualitás, mint a szinte kvantumkorrelációk elve”. Fizikai Szemle A 91, 042114 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.91.042114

[72] John F Clauser, Michael A Horne, Abner Shimony és Richard A Holt. „Javasolt kísérlet a lokális rejtett változós elméletek tesztelésére”. Physical Review Letters 23, 880 (1969).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.23.880

[73] Matty J Hoban és Ana Belén Sainz. „Csatorna alapú keretrendszer az irányításhoz, nem lokális és azon túl”. New Journal of Physics 20, 053048 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aabea8

[74] Michał Banacki, Ravishankar Ramanathan és Paweł Horodecki. „Multipartite channel assemblages” (2022). url: https://​/​arxiv.org/​pdf/​2205.05033.pdf.
https://​/​arxiv.org/​pdf/​2205.05033.pdf

[75] Miguel Navascués, Stefano Pironio és Antonio Acín. „A kvantumkorrelációk halmazának határa”. Physical Review Letters 98, 010401 (2007).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.98.010401

[76] Miguel Navascués, Stefano Pironio és Antonio Acín. „A kvantumkorrelációk halmazát jellemző félig meghatározott programok konvergens hierarchiája”. New Journal of Physics 10, 073013 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​10/​7/​073013

[77] Tilo Eggeling, Dirk Schlingemann és Reinhard F Werner. „A szemikauzális műveletek szemilokalizálhatók”. EPL (Europhysics Letters) 57, 782 (2002).
https://​/​doi.org/​10.1209/​epl/​i2002-00579-4

Idézi

Időbélyeg:

Még több Quantum Journal