De hulpbronnentheorie van niet-klassieke kanaalassemblages

De hulpbronnentheorie van niet-klassieke kanaalassemblages

Tijdstempel: 10 oktober 2023 12:15 uur
Bronknooppunt: 2936260

Beata Zjawin1, David Schmid1, Matty J. Hoban2,3, en Ana Belén Sainz1

1International Center for Theory of Quantum Technologies, University of Gdańsk, 80-309 Gdańsk, Polen
2Cambridge Quantum Computing Ltd.
3Quantinuum LLC

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

Abstract

Wanneer twee partijen, Alice en Bob, gecorreleerde kwantumsystemen delen en Alice lokale metingen uitvoert, kan Alice's bijgewerkte beschrijving van de toestand van Bob het bewijs leveren van niet-klassieke correlaties. Dit eenvoudige scenario, beroemd geïntroduceerd door Einstein, Podolsky en Rosen (EPR), kan worden aangepast door Bob ook een klassiek of kwantumsysteem als input te laten hebben. In dit geval werkt Alice haar kennis van het kanaal (in plaats van van een staat) bij in het laboratorium van Bob. In dit artikel bieden we een uniform raamwerk voor het bestuderen van de niet-klassieke aard van verschillende dergelijke generalisaties van het EPR-scenario. We doen dit met behulp van een bronnentheorie waarin de vrije bewerkingen lokale bewerkingen en gedeelde willekeur (LOSR) zijn. We leiden een semidefinitief programma af voor het bestuderen van de pre-order van EPR-bronnen en ontdekken mogelijke conversies tussen deze laatste. Bovendien bestuderen we conversies tussen post-kwantumbronnen zowel analytisch als numeriek.

► BibTeX-gegevens

► Referenties

[1] John S Bell. “Over de Einstein Podolsky Rosen-paradox”. Natuurkunde Lichaamsbouw Fizika 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[2] Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani en Stephanie Wehner. "Bell-nonlokaliteit". Recensies van Moderne Natuurkunde 86, 419 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419

[3] Albert Einstein, Boris Podolsky en Nathan Rosen. "Kan de kwantummechanische beschrijving van de fysieke werkelijkheid als volledig worden beschouwd?". Fysieke recensie 47, 777 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.47.777

[4] Erwin Schrödinger. "Bespreking van waarschijnlijkheidsrelaties tussen gescheiden systemen". Wiskundige Proceedings van de Cambridge Philosophical Society 31, 555-563 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1017 / S0305004100013554

[5] Eric Gama Cavalcanti, Steve J Jones, Howard M Wiseman en Margaret D. Reid. ‘Experimentele criteria voor sturing en de Einstein-Podolsky-Rosen-paradox’. Fysieke beoordeling A 80, 032112 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.80.032112

[6] Howard M. Wiseman, Steve James Jones en Andrew C. Doherty. "Sturen, verstrengeling, non-lokaliteit en de Einstein-Podolsky-Rosen-paradox". Fysieke beoordelingsbrieven 98, 140402 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.140402

[7] Roope Uola, Ana CS Costa, H Chau Nguyen en Otfried Gühne. "Kwantumsturing". Recensies van Modern Physics 92, 015001 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.92.015001

[8] Cyril Branciard, Eric G Cavalcanti, Stephen P Walborn, Valerio Scarani en Howard M Wiseman. "Eenzijdige apparaatonafhankelijke kwantumsleuteldistributie: veiligheid, haalbaarheid en de verbinding met besturing". Fysieke beoordeling A 85, 010301 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.010301

[9] Yu Xiang, Ioannis Kogias, Gerardo Adesso en Qiongyi He. "Meerdelige gaussiaanse besturing: monogamiebeperkingen en kwantumcryptografietoepassingen". Fysiek. 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 en SP Walborn. "Detectie van verstrengeling in asymmetrische kwantumnetwerken en meerdelige kwantumsturing". Natuurcommunicatie 6, 1–6 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms8941

[11] Alejandro Máttar, Paul Skrzypczyk, GH Aguilar, RV Nery, PH Souto Ribeiro, SP Walborn en Daniel Cavalcanti. "Experimentele meerdelige verstrengeling en willekeurcertificering van de w-staat in het kwantumsturingsscenario". Kwantumwetenschap en technologie 2, 015011 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / aa629b

[12] Elsa Passaro, Daniel Cavalcanti, Paul Skrzypczyk en Antonio Acín. "Optimale willekeurcertificering in de kwantumbesturings- en voorbereidings- en meetscenario's". Nieuw 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, et al. "Quantum willekeurextractie voor verschillende karakteriseringsniveaus van de apparaten". Journal of Physics A: Wiskundig en Theoretisch 47, 424028 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​47/​42/​424028

[14] Ivan Supić en Matty J Hoban. “Zelftesten door EPR-sturing”. Nieuw 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 en AS Majumdar. "Eenzijdige apparaatonafhankelijke zelftest van elke pure twee-qubit-verstrengelde toestand". Fysieke beoordeling A 98, 022311 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.022311

[16] Shin-Liang Chen, Huan-Yu Ku, Wenbin Zhou, Jordi Tura en Yueh-Nan Chen. "Robuuste zelftest van stuurbare kwantumassemblages en de toepassingen ervan op apparaatonafhankelijke kwantumcertificering". Kwantum 5, 552 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-09-28-552

[17] Matthew F Pusey. "Negativiteit en sturing: een sterker vermoeden van Peres". Fysieke beoordeling A 88, 032313 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.032313

[18] Paul Skrzypczyk, Miguel Navascués en Daniel Cavalcanti. "Het kwantificeren van Einstein-Podolsky-Rosen besturing". Fysieke beoordelingsbrieven 112, 180404 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.180404

[19] Marco Piani en John Watous. "Noodzakelijke en voldoende kwantuminformatiekarakterisering van Einstein-Podolsky-Rosen-besturing". Fysieke beoordelingsbrieven 114, 060404 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.060404

[20] Rodrigo Gallego en Leandro Aolita. "Resource theorie van sturing". Fysieke beoordeling X 5, 041008 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.5.041008

[21] Beata Zjawin, David Schmid, Matty J Hoban en Ana Belén Sainz. "Het kwantificeren van EPR: de hulpbronnentheorie van de niet-classicaliteit van assemblages met een gemeenschappelijk doel". Kwantum 7, 926 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-02-16-926

[22] Elie Wolfe, David Schmid, Ana Belén Sainz, Ravi Kunjwal en Robert W Spekkens. "Kwantificerende bel: de bronnentheorie van niet-classiciteit van dozen met veelvoorkomende oorzaken". Kwantum 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 en Robert W Spekkens. “De wisselwerking tussen verstrengeling en non-lokaliteit begrijpen: een nieuwe tak van de verstrengelingstheorie motiveren en ontwikkelen” (2020). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2004.09194.
arXiv: 2004.09194

[24] David Schmid, Denis Rosset en Francesco Buscemi. "De type-onafhankelijke brontheorie van lokale operaties en gedeelde willekeur". Kwantum 4, 262 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-30-262

[25] Marco Piani. "Kanaalsturing". JOSA B 32, A1-A7 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1364 / JOSAB.32.0000A1

[26] Ana Belén Sainz, Matty J. Hoban, Paul Skrzypczyk en Leandro Aolita. "Bipartiete postkwantumsturing in algemene scenario's". Fysieke beoordelingsbrieven 125, 050404 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.050404

[27] Eric G Cavalcanti, Michael JW Hall en Howard M Wiseman. "Verstrikkingsverificatie en sturing wanneer Alice en Bob niet te vertrouwen zijn". Fysieke beoordeling A 87, 032306 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.032306

[28] Denis Rosset, David Schmid en Francesco Buscemi. "Type-onafhankelijke karakterisering van ruimtelijk gescheiden bronnen". Fysieke beoordeling Letters 125, 210402 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.210402

[29] Iman Marvian en Robert W Spekkens. "Hoe coherentie te kwantificeren: onderscheidende spreekbare en onuitsprekelijke noties". Fysieke beoordeling A 94, 052324 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.052324

[30] Iman Marvian, Robert W Spekkens en Paolo Zanardi. "Kwantumsnelheidslimieten, coherentie en asymmetrie". Fysieke beoordeling A 93, 052331 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.052331

[31] Andreas Winter en Dong Yang. "Operationele resource theorie van coherentie". Fysieke beoordelingsbrieven 116, 120404 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.120404

[32] Fernando GSL Brandao, Michał Horodecki, Jonathan Oppenheim, Joseph M. Renes en Robert W. Spekkens. "Resource theorie van kwantumtoestanden uit thermisch evenwicht". Fysieke beoordelingsbrieven 111, 250404 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.250404

[33] Paul Skrzypczyk, Anthony J Short en Sandu Popescu. "Werkextractie en thermodynamica voor individuele kwantumsystemen". Natuurcommunicatie 5, 1–8 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5185

[34] Dominik Janzing, Pawel Wocjan, Robert Zeier, Rubino Geiss en Th Beth. "Thermodynamische kosten van betrouwbaarheid en lage temperaturen: aanscherping van het principe van Landauer en de tweede wet". International Journal of Theoretical Physics 39, 2717-2753 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1023 / A: 1026422630734

[35] Michał Horodecki en Jonathan Oppenheim. "Fundamentele beperkingen voor thermodynamica op kwantum- en nanoschaal". Natuurcommunicatie 4, 1–6 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms3059

[36] Gilad Gour, Markus P. Müller, Varun Narasimhachar, Robert W. Spekkens en Nicole Yunger Halpern. "De resource theorie van informatieve onevenwichtigheid in de thermodynamica". 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 en Florian Mintert. "Het kwantificeren van athermaliteit en kwantumgeïnduceerde afwijkingen van klassieke fluctuatierelaties". Entropie 22, 111 (2020).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e22010111

[38] Michaël A Nielsen. "Voorwaarden voor een klasse van verstrengelingstransformaties". Physical Review Letters 83, 436 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.83.436

[39] Charles H. Bennett, Herbert J. Bernstein, Sandu Popescu en Benjamin Schumacher. "Concentratie van gedeeltelijke verstrengeling door lokale operaties". Fysiek overzicht A 53, 2046 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.53.2046

[40] Yuval Rishu Sanders en Gilad Gour. "Noodzakelijke voorwaarden voor verstrengelingskatalysatoren". Fysieke beoordeling A 79, 054302 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.054302

[41] Francesco Buscemi. "Alle verstrengelde kwantumtoestanden zijn niet-lokaal". Fysieke beoordelingsbrieven 108, 200401 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.200401

[42] David Schmid, Haoxing Du, Maryam Mudassar, Ghi Coulter-de Wit, Denis Rosset en Matty J Hoban. "Postquantum common-cause-kanalen: de resource-theorie van lokale operaties en gedeelde verstrengeling". Kwantum 5, 419 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-03-23-419

[43] Jonathan Barrett, Noah Linden, Serge Massar, Stefano Pironio, Sandu Popescu en David Roberts. "Niet-lokale correlaties als een informatie-theoretische bron". Fysieke beoordeling A 71, 022101 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.022101

[44] Nicolas Brunner en Paul Skrzypczyk. "Niet-lokale destillatie en postkwantumtheorieën met triviale communicatiecomplexiteit". Fysieke beoordelingsbrieven 102, 160403 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.160403

[45] Judea parel. "Causaliteit". Cambridge University Press. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[46] Christopher J. Wood en Robert W. Spekkens. "De les van causale ontdekkingsalgoritmen voor kwantumcorrelaties: causale verklaringen van schendingen van de bel-ongelijkheid vereisen verfijning". Nieuw 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 en Ana Belén Sainz. “Post-kwantumsturing is een sterker dan kwantitatieve hulpbron voor informatieverwerking”. npj Quantuminformatie 8, 1–10 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-022-00574-8

[48] Ana Belén Sainz, Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Paul Skrzypczyk en Tamás Vértesi. "Postkwantumsturing". Fysieke beoordelingsbrieven 115, 190403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.190403

[49] Sandu Popescu en Daniel Rohrlich. "Quantum non-lokaliteit als een axioma". Grondslagen van de natuurkunde 24, 379-385 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098

[50] Nicolas Gisin. "Stochastische kwantumdynamica en relativiteit". Helvetica Physica Acta 62, 363-371 (1989).
https:/​/​doi.org/10.5169/​seals-116034

[51] Lane P. Hughston, Richard Jozsa en William K. Wootters. "Een volledige classificatie van kwantumensembles met een gegeven dichtheidsmatrix". Natuurkundebrieven A 183, 14–18 (1993).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0375-9601(93)90880-9

[52] Michael A. Nielsen en Isaac L. Chuang. "Kwantumberekening en kwantuminformatie: 10e jubileumeditie". Cambridge University Press. (2011).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[53] David Schmid, Katja Ried en Robert W. Spekkens. "Waarom initiële correlaties tussen systeem en omgeving niet het falen van volledige positiviteit impliceren: een causaal perspectief". Fysiek. Rev. A 100, 022112 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022112

[54] Man Duen Choi. "Volledig positieve lineaire afbeeldingen op complexe matrices". Lineaire algebra en haar toepassingen 10, 285-290 (1975).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0024-3795(75)90075-0

[55] Andrzej Jamiołkowski. "Lineaire transformaties die sporen en positieve semidefiniteness van operatoren behouden". Rapporten over wiskundige natuurkunde 3, 275-278 (1972).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(72)90011-0

[56] Gus Gutoski en John Watrous. “Op weg naar een algemene theorie van kwantumspellen”. In Proceedings of the negenendertigste jaarlijkse ACM-symposium over Theory of computing. Pagina 565. (2007).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 1250790.1250873

[57] Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D'Ariano en Paolo Perinotti. "Theoretisch raamwerk voor kwantumnetwerken". Fysieke beoordeling A 80, 022339 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.80.022339

[58] Arthur Fijn. "Verborgen variabelen, gezamenlijke waarschijnlijkheid en de Bell-ongelijkheid". Fysiek. Eerwaarde 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 en Stephen Boyd. "CVX: MATLAB-software voor gedisciplineerd convex programmeren". url: http://​/​cvxr.com/​cvx.
http://​/​cvxr.com/​cvx

[61] Michael Grant en Stephen Boyd. "Grafische implementaties voor nonsmooth convexe programma's". In V. Blondel, S. Boyd en H. Kimura, redacteuren, Recent Advances in Learning and Control. Pagina's 95-110. Lecture Notes in Control and Information Sciences. Springer-Verlag Limited (2008).

[62] Jos F Sturm. "Met behulp van sedumi 1.02, een matlab-toolbox voor optimalisatie via symmetrische kegels". Optimalisatiemethoden en software 11, 625–653 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 10556789908805766

[63] Nathaniel Johnston. "QETLAB: een MATLAB-toolbox voor kwantumverstrengeling". url: http://qetlab.com.
http://​/​qetlab.com

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

[65] Daniel Cavalcanti en Paul Skrzypczyk. "Kwantumsturing: een recensie met focus op semidefiniet programmeren". Rapporten over de vooruitgang in de natuurkunde 80, 024001 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​80/​2/​024001

[66] Miguel Navascués, Yelena Guryanova, Matty J Hoban en Antonio Acín. "Bijna kwantumcorrelaties". Natuurcommunicatie 6, 1 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7288

[67] Marcin Pawłowski, Tomasz Paterek, Dagomir Kaszlikowski, Valerio Scarani, Andreas Winter en Marek Żukowski. "Informatiecausaliteit als een fysiek principe". Natuur 461, 1101 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature08400

[68] Miguel Navascués en Harald Wunderlich. “Een blik voorbij het kwantummodel”. Proceedings of the Royal Society A: Wiskundige, Fysische en Technische Wetenschappen 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 en Antonio Acín. "Het verkennen van het lokale orthogonaliteitsprincipe". Fysieke beoordeling A 89, 032117 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.032117

[70] Antonio Acín, Tobias Fritz, Anthony Leverrier en Ana Belén Sainz. "Een combinatorische benadering van non-lokaliteit en contextualiteit". Communicatie in de wiskundige natuurkunde 334, 533–628 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-2260-1

[71] Joe Henson en Ana Belén Sainz. "Macroscopische niet-contextualiteit als principe voor bijna-kwantumcorrelaties". Fysieke beoordeling A 91, 042114 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.042114

[72] John F Clauser, Michael A Horne, Abner Shimony en Richard A Holt. "Voorgesteld experiment om lokale theorieën over verborgen variabelen te testen". Fysieke beoordelingsbrieven 23, 880 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880

[73] Matty J. Hoban en Ana Belén Sainz. "Een op kanalen gebaseerd raamwerk voor sturing, non-lokaliteit en daarbuiten". Nieuw Journal of Physics 20, 053048 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aabea8

[74] Michał Banacki, Ravishankar Ramanathan en Paweł Horodecki. “Meerdelige kanaalassemblages” (2022). url: https://​/​arxiv.org/​pdf/​2205.05033.pdf.
https: / / arxiv.org/ pdf / 2205.05033.pdf

[75] Miguel Navascués, Stefano Pironio en Antonio Acín. "Het begrenzen van de reeks kwantumcorrelaties". Fysieke beoordelingsbrieven 98, 010401 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.010401

[76] Miguel Navascués, Stefano Pironio en Antonio Acín. "Een convergente hiërarchie van semidefiniete programma's die de reeks kwantumcorrelaties karakteriseren". Nieuw Journal of Physics 10, 073013 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​10/​7/​073013

[77] Tilo Eggeling, Dirk Schlingemann en Reinhard F. Werner. “Semicausale operaties zijn semilokaliseerbaar”. EPL (Europhysics Letters) 57, 782 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1209 / EPL / i2002-00579-4

Geciteerd door

Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.

Tijdstempel:

Meer van Quantum Journaal