Het verenigen van verschillende noties van kwantumincompatibiliteit in een strikte hiërarchie van hulpbronnentheorieën over communicatie

Het verenigen van verschillende noties van kwantumincompatibiliteit in een strikte hiërarchie van hulpbronnentheorieën over communicatie

Bronknooppunt: 2706856

Francesco Buscemi1, Kodai Kobayashi1, Shintaro Minagawa1, Paolo Perinotti2,3 en Alessandro Tosini2,3

1Afdeling Wiskundige Informatica, Universiteit van Nagoya, Furo-cho, Chikusa-ku, 464-8601 Nagoya, Japan
2QUIT Group, Afdeling Natuurkunde, Universiteit van Pavia, via Bassi 6, 27100 Pavia, Italië
3INFN Sezione di Pavia, via Bassi 6, 27100 Pavia, Italië

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

Hoewel er algemene consensus bestaat over de definitie van incompatibele POVM's, vindt men bij het opklimmen naar het niveau van instrumenten een veel minder duidelijke situatie, met wiskundig verschillende en logisch onafhankelijke definities van incompatibiliteit. Hier dichten we deze kloof door het introduceren van het begrip $q-compatibiliteit$, dat verschillende noties van de incompatibiliteit van POVM's, kanalen en instrumenten verenigt in één hiërarchie van hulpbronnentheorieën over communicatie tussen gescheiden partijen. De hulpbronnentheorieën die we verkrijgen zijn $compleet$, in de zin dat ze complete families van vrije operaties en monotonen bevatten die noodzakelijke en voldoende voorwaarden bieden voor het bestaan ​​van een transformatie. Bovendien is ons raamwerk volledig 'operationeel', in de zin dat vrije transformaties expliciet worden gekarakteriseerd, in termen van lokale operaties, geholpen door causaal beperkte gerichte klassieke communicatie, en dat alle monotonen een speltheoretische interpretatie hebben waardoor ze in principe experimenteel meetbaar zijn. We zijn dus in staat precies vast te stellen waaruit elk begrip van incompatibiliteit bestaat, in termen van informatietheoretische bronnen.

► BibTeX-gegevens

► Referenties

[1] Iwo Białynicki-Birula en Jerzy Mycielski. Onzekerheidsrelaties voor informatie-entropie in golfmechanica. 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 en Renato Renner. Het onzekerheidsprincipe in de aanwezigheid van kwantumgeheugen. 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/ artikelen / nphys1734

[3] Howard Barnum, Carlton M. Caves, Christopher A. Fuchs, Richard Jozsa en Benjamin Schumacher. Niet-pendelende gemengde staten kunnen niet worden uitgezonden. Fys. Rev. Lett., 76:2818–2821, april 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] Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani en Stephanie Wehner. Bell-nonlokaliteit. Rev. Mod. Phys., 86:419–478, april 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 en Wenbin Zhou. Volledige hulpbronnentheorie van kwantumincompatibiliteit als kwantumprogrammeerbaarheid. Fys. Rev. Lett., 124:120401, maart 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 en Nilanjana Datta. Equivalentie tussen deelbaarheid en monotone afname van informatie in klassieke en kwantumstochastische processen. Fys. Rev. A, 93:012101, januari 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 en Sergii Strelchuk. Speltheoretische karakterisering van anti-afbreekbare kanalen. 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 en Gilad Gour. Kwantum-relatieve Lorenz-curven. Fys. Rev. A, 95:012110, januari 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 en Michał Horodecki. Mondiale informatiebalans in kwantummetingen. 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 en Mark M. Wilde. Ruis en verstoring bij kwantummetingen: een informatietheoretische benadering. 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 en Shintaro Minagawa. Een complete en operationele hulpbronnentheorie van meetscherpte, 2023. arXiv:2303.07737.
arXiv: 2303.07737

[12] David Blackwell. Equivalente vergelijkingen van experimenten. 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 en Peter Mittelstaedt. De kwantumtheorie van meten. Springer Berlijn 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 en Reinhard F. Werner. Colloquium: Kwantumwortel-gemiddelde-kwadraatfout en meetonzekerheidsrelaties. Rev. Mod. Phys., 86:1261–1281, december 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 en Marco Tomamichel. Een informatietheoretische behandeling van kwantumdichotomieën. Quantum, 3:209, december 2019. doi:10.22331/​q-2019-12-09-209.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-12-09-209

[16] Francesco Buscemi. Alle verstrengelde kwantumtoestanden zijn niet-lokaal. Fys. Rev. Lett., 108:200401, mei 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. Vergelijking van kwantumstatistische modellen: gelijkwaardige voorwaarden voor toereikendheid. 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. Volledig kwantum-tweedewet-achtige uitspraken uit de theorie van statistische vergelijkingen, 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. Afbreekbare kanalen, minder luidruchtige kanalen en kwantumstatistische morfismen: een gelijkwaardigheidsrelatie. Probl Inf Transm, 52:201–213, 2016. doi:10.1134/​S0032946016030017.
https: / / doi.org/ 10.1134 / S0032946016030017

[20] Francesco Buscemi. Omgekeerde stellingen over gegevensverwerking en tweede rekenwetten. In Masanao Ozawa, Jeremy Butterfield, Hans Halvorson, Miklós Rédei, Yuichiro Kitajima en Francesco Buscemi, redacteuren, Reality and Measurement in Algebraic Quantum Theory, pagina's 135–159, Singapore, 2018. Springer Singapore. 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 en Paolo Perinotti. Kwantumoperaties transformeren: kwantumsuperkaarten. 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 en Gilad Gour. Kwantumbronnentheorieën. Rev. Mod. Phys., 91:025001, april 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 en Alessandro Tosini. Incompatibiliteit van waarneembare gegevens, kanalen en instrumenten in informatietheorieën. 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 en Iman Marvian. Kwantum-majorisatie en een complete reeks entropische omstandigheden voor de kwantumthermodynamica. Nature Communications, 9(1), december 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 Karl Heisenberg. Zorg ervoor dat u de kwantitatieve theoretische kinematiek en mechaniek inademt. 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 en Karol Horodecki. Kwantumverstrengeling. Rev. Mod. Phys., 81:865–942, juni 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 en Antonio Acín. Quantumkanaal marginaal probleem. Fys. Rev. Res., 4:013249, maart 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 en George Polya. Ongelijkheid. Cambridge University Press, 1952. URL: https://​/​books.google.it/​books?id=t1RCSP8YKt8C.
https://​/​books.google.it/​books?id=t1RCSP8YKt8C

[29] Teiko Heinosaari, Takayuki Miyadera en Daniel Reitzner. Sterk incompatibele kwantumapparaten. Foundations of Physics, 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 en Mário Ziman. Een uitnodiging tot kwantumincompatibiliteit. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, 49(12):123001, februari 2016. doi:10.1088/​1751-8113/​49/​12/​123001.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​49/​12/​123001

[31] Teiko Heinosaari, Daniel Reitzner en Peter Stano. Opmerkingen over de gezamenlijke meetbaarheid van kwantumwaarneembare gegevens. Foundations of Physics, 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 en Eric Chitambar. Incompatibiliteit als hulpmiddel voor programmeerbare kwantuminstrumenten. arXiv:2112.03717, 2021. URL: https://​/​arxiv.org/​abs/​2112.03717.
arXiv: 2112.03717

[33] Anna Jencova. Vergelijking van kwantumkanalen en statistische experimenten, 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] Anna Jencova. Een algemene vergelijkingstheorie van kwantumkanalen (en daarbuiten). 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 en Andreas Winter. Uitbreidbaarheid beperkt de prestaties van kwantumprocessors. Fys. Rev. Lett., 123:070502, augustus 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 en Andreas Winter. Hulpbronnentheorie van niet-uitbreidbaarheid en niet-asymptotische kwantumcapaciteit. Fys. Rev. A, 104:022401, augustus 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 en Máté Farkas. Compatibiliteit van kwantuminstrumenten. Fys. Rev. A, 105:052202, mei 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 en Barry C. Arnold. Ongelijkheid: theorie van majorisatie en de toepassingen ervan. Springer, 2010. doi:10.1007/​978-0-387-68276-1.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-0-387-68276-1

[39] Hans Maassen en J.B.M. Uffink. Gegeneraliseerde entropische onzekerheidsrelaties. Fys. Rev. Lett., 60:1103–1106, maart 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. Kwantummeetprocessen van continue waarneembare zaken. 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. Universeel geldige herformulering van het onzekerheidsprincipe van Heisenberg over ruis en verstoring bij metingen. Fys. Rev. A, 67:042105, april 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. Onzekerheidsrelaties voor ruis en verstoring in gegeneraliseerde kwantummetingen. 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/XNUMX/XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2003.12.012
https: / / www.sciencedirect.com/ science / article / pii / S0003491604000089

[43] Masanao Ozawa. Heisenbergs oorspronkelijke afleiding van het onzekerheidsprincipe en de universeel geldige herformuleringen ervan. Current Science, 109(11):2006–2016, 2015. URL: http://​/​www.jstor.org/​stable/​24906690.
http: / / www.jstor.org/ stable / 24906690

[44] Masanao Ozawa. De juistheid en volledigheid van kwantumwortel-gemiddelde-kwadraatfouten. npj Quantum Inf, 5(1), 2019. doi:10.1038/​s41534-018-0113-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-018-0113-z

[45] Martin Plávala. Privécommunicatie.

[46] Denis Rosset, Francesco Buscemi en Yeong-Cherng Liang. Bronnentheorie van kwantumgeheugens en hun getrouwe verificatie met minimale aannames. Fys. Rev. X, 8:021033, mei 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 en Mile Gu. Coherentiemanipulatie met defasering-covariante operaties. Fys. Rev. Research, 2:013109, januari 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] H.P. Robertson. Het onzekerheidsprincipe. Fys. Rev., 34:163–164, juli 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 en Francesco Buscemi. Type-onafhankelijke karakterisering van ruimtelijk gescheiden bronnen. Fys. Rev. Lett., 125:210402, november 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 Belen Sainz, Elie Wolfe en Robert W. Spekkens. De wisselwerking tussen verstrengeling en non-lokaliteit begrijpen: motiveren en ontwikkelen van een nieuwe tak van verstrengelingstheorie, 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 en Noah Linden. Robuustheid van metingen, discriminatiespelletjes en toegankelijke informatie. Fys. Rev. Lett., 122:140403, april 2019. doi:10.1103/​PhysRevLett.122.140403.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.140403

[52] David Schmid, Denis Rosset en Francesco Buscemi. De type-onafhankelijke hulpbronnentheorie van lokale operaties en gedeelde willekeur. Quantum, 4:262, april 2020. doi:10.22331/​q-2020-04-30-262.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-30-262

[53] Wenbin Zhou en Francesco Buscemi. Algemene toestandstransities met exacte hulpbronnenmorfismen: een uniforme hulpbronnentheoretische benadering. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, 53(44):445303, okt 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

Geciteerd door

[1] Leevi Leppäjärvi en Michal Sedlák, “Incompatibiliteit van kwantuminstrumenten”, arXiv: 2212.11225, (2022).

[2] Marco Erba, Paolo Perinotti, Davide Rolino en Alessandro Tosini, “Incompatibiliteit van metingen is strikt genomen sterker dan verstoring”, arXiv: 2305.16931, (2023).

[3] Stanley Gudder, “Een theorie van kwantuminstrumenten”, arXiv: 2305.17584, (2023).

[4] Ning Gao, Dantong Li, Anchit Mishra, Junchen Yan, Kyrylo Simonov en Giulio Chiribella, “Het meten van incompatibiliteit en het clusteren van kwantumwaarneembare zaken met een kwantumschakelaar”, Fysieke beoordelingsbrieven 130 17, 170201 (2023).

[5] Francesco Buscemi, Kodai Kobayashi en Shintaro Minagawa, "Een complete en operationele hulpbronnentheorie van meetscherpte", arXiv: 2303.07737, (2023).

Bovenstaande citaten zijn afkomstig van SAO / NASA ADS (laatst bijgewerkt met succes 2023-06-07 21:35:06). De lijst is mogelijk onvolledig omdat niet alle uitgevers geschikte en volledige citatiegegevens verstrekken.

On De door Crossref geciteerde service er zijn geen gegevens gevonden over het citeren van werken (laatste poging 2023-06-07 21:35:05).

Tijdstempel:

Meer van Quantum Journaal