Ressursteorien om ikke-klassisalitet til kanalsammenstillinger

Ressursteorien om ikke-klassisalitet til kanalsammenstillinger

Tidsstempel: 10. oktober 2023 12
Kilde node: 2936260

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

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

Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Når to parter, Alice og Bob, deler korrelerte kvantesystemer og Alice utfører lokale målinger, kan Alices oppdaterte beskrivelse av Bobs tilstand gi bevis på ikke-klassiske korrelasjoner. Dette enkle scenariet, kjent introdusert av Einstein, Podolsky og Rosen (EPR), kan modifiseres ved å la Bob også ha et klassisk eller kvantesystem som input. I dette tilfellet oppdaterer Alice kunnskapen sin om kanalen (i stedet for en stat) i Bobs laboratorium. I denne artikkelen gir vi et enhetlig rammeverk for å studere uklassisiteten til ulike slike generaliseringer av EPJ-scenarioet. Vi gjør det ved å bruke en ressursteori der de frie operasjonene er lokale operasjoner og delt tilfeldighet (LOSR). Vi utleder et semibestemt program for å studere forhåndsbestillingen av EPJ-ressurser og oppdage mulige konverteringer mellom sistnevnte. Dessuten studerer vi konverteringer mellom postkvanteressurser både analytisk og numerisk.

► BibTeX-data

► Referanser

[1] John S Bell. "Om Einstein Podolsky Rosen-paradokset". Physics Physique Fizika 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[2] Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani og Stephanie Wehner. "Bell ikke-lokalitet". Reviews of Modern Physics 86, 419 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419

[3] Albert Einstein, Boris Podolsky og Nathan Rosen. "Kan kvantemekanisk beskrivelse av den fysiske virkeligheten anses som fullstendig?". Physical review 47, 777 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.47.777

[4] Erwin Schrödinger. "Drafting av sannsynlighetsforhold mellom separerte systemer". 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 og Margaret D Reid. "Eksperimentelle kriterier for styring og Einstein-Podolsky-Rosen-paradokset". Physical Review A 80, 032112 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.80.032112

[6] Howard M Wiseman, Steve James Jones og Andrew C Doherty. "Styring, sammenfiltring, ikke-lokalitet og Einstein-Podolsky-Rosen-paradokset". Fysisk vurderingsbrev 98, 140402 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.140402

[7] Roope Uola, Ana CS Costa, H Chau Nguyen og Otfried Gühne. "Kvantestyring". Anmeldelser av Modern Physics 92, 015001 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.92.015001

[8] Cyril Branciard, Eric G Cavalcanti, Stephen P Walborn, Valerio Scarani og Howard M Wiseman. "Ensidig enhetsuavhengig kvantenøkkeldistribusjon: Sikkerhet, gjennomførbarhet og forbindelsen med styring". Physical Review A 85, 010301 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.010301

[9] Yu Xiang, Ioannis Kogias, Gerardo Adesso og Qiongyi He. "Multipartite gaussian styring: Monogami-begrensninger og kvantekryptografiapplikasjoner". 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 og SP Walborn. "Deteksjon av sammenfiltring i asymmetriske kvantenettverk og flerparts kvantestyring". Naturformidling 6, 1–6 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms8941

[11] Alejandro Máttar, Paul Skrzypczyk, GH Aguilar, RV Nery, PH Souto Ribeiro, SP Walborn og Daniel Cavalcanti. "Eksperimentell flerpartssammenfiltring og tilfeldighetssertifisering av w-tilstanden i kvantestyringsscenariet". Quantum Science and Technology 2, 015011 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / aa629b

[12] Elsa Passaro, Daniel Cavalcanti, Paul Skrzypczyk og Antonio Acín. "Optimal tilfeldighetssertifisering i kvantestyrings- og forberedelses- og målingsscenarier". 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, et al. "Kvantetilfeldighetsutvinning for forskjellige nivåer av karakterisering av enhetene". Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 47, 424028 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​47/​42/​424028

[14] Ivan Šupić og Matty J Hoban. "Selvtesting gjennom EPJ-styring". 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 og AS Majumdar. "Ensidig enhetsuavhengig selvtesting av enhver ren to-qubit sammenfiltret tilstand". Physical Review A 98, 022311 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.022311

[16] Shin-Liang Chen, Huan-Yu Ku, Wenbin Zhou, Jordi Tura og Yueh-Nan Chen. "Robust selvtesting av styrbare kvantemontasjer og dens applikasjoner på enhetsuavhengig kvantesertifisering". Quantum 5, 552 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-09-28-552

[17] Matthew F Pusey. "Negativitet og styring: En sterkere Peres-formodning". Physical Review A 88, 032313 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.032313

[18] Paul Skrzypczyk, Miguel Navascués og Daniel Cavalcanti. "Kvantifisere Einstein-Podolsky-Rosen-styring". Fysisk vurderingsbrev 112, 180404 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.180404

[19] Marco Piani og John Watrous. "Nødvendig og tilstrekkelig karakterisering av kvanteinformasjon av Einstein-Podolsky-Rosen-styring". Fysisk vurderingsbrev 114, 060404 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.060404

[20] Rodrigo Gallego og Leandro Aolita. "Ressursteori om styring". Fysisk gjennomgang X 5, 041008 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.5.041008

[21] Beata Zjawin, David Schmid, Matty J Hoban og Ana Belén Sainz. "Kvantifisere EPJ: ressursteorien om ikke-klassisalitet av vanlige årsaker". Quantum 7, 926 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-02-16-926

[22] Elie Wolfe, David Schmid, Ana Belén Sainz, Ravi Kunjwal og Robert W Spekkens. "Quantifying Bell: Ressursteorien om ikke-klassisalitet av vanlige årsaksbokser". 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 og Robert W Spekkens. "Forstå samspillet mellom forvikling og ikke-lokalitet: motivere og utvikle en ny gren av forviklingsteori" (2020). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2004.09194.
arxiv: 2004.09194

[24] David Schmid, Denis Rosset og Francesco Buscemi. "Den typeuavhengige ressursteorien om lokale operasjoner og delt tilfeldighet". Quantum 4, 262 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-30-262

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

[26] Ana Belén Sainz, Matty J Hoban, Paul Skrzypczyk og Leandro Aolita. "Toparts postkvantestyring i generaliserte scenarier". Physical Review Letters 125, 050404 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.050404

[27] Eric G Cavalcanti, Michael JW Hall og Howard M Wiseman. "Forviklingsverifisering og styring når alice og bob ikke kan stole på". Physical Review A 87, 032306 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.032306

[28] Denis Rosset, David Schmid og Francesco Buscemi. "Typeuavhengig karakterisering av romlignende separerte ressurser". Physical Review Letters 125, 210402 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.210402

[29] Iman Marvian og Robert W Spekkens. "Hvordan kvantifisere koherens: Å skille talelige og uutsigelige forestillinger". Physical Review A 94, 052324 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.052324

[30] Iman Marvian, Robert W Spekkens og Paolo Zanardi. "Kvantehastighetsgrenser, koherens og asymmetri". Physical Review A 93, 052331 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.052331

[31] Andreas Winter og Dong Yang. "Operasjonell ressursteori om sammenheng". Fysisk vurderingsbrev 116, 120404 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.120404

[32] Fernando GSL Brandao, Michał Horodecki, Jonathan Oppenheim, Joseph M Renes og Robert W Spekkens. "Ressursteori om kvantetilstander utenfor termisk likevekt". Physical review letters 111, 250404 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.250404

[33] Paul Skrzypczyk, Anthony J Short og Sandu Popescu. "Arbeidsekstraksjon og termodynamikk for individuelle kvantesystemer". Naturformidling 5, 1–8 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5185

[34] Dominik Janzing, Pawel Wocjan, Robert Zeier, Rubino Geiss og Th Beth. "Termodynamiske kostnader for pålitelighet og lave temperaturer: innstramming av Landauers prinsipp og den andre loven". International Journal of Theoretical Physics 39, 2717–2753 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1023 / A: 1026422630734

[35] Michał Horodecki og Jonathan Oppenheim. "Fundamentelle begrensninger for termodynamikk i kvante og nanoskala". Naturformidling 4, 1–6 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms3059

[36] Gilad Gour, Markus P Müller, Varun Narasimhachar, Robert W Spekkens og Nicole Yunger Halpern. "Ressursteorien om informasjonsmessig ikke-likevekt i termodynamikk". Fysikkrapporter 583, 1–58 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2015.04.003

[37] Zoë Holmes, Erick Hinds Mingo, Calvin YR Chen og Florian Mintert. "Kvantifisere atermalitet og kvanteinduserte avvik fra klassiske fluktuasjonsforhold". Entropy 22, 111 (2020).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e22010111

[38] Michael A Nielsen. "Betingelser for en klasse av sammenfiltringstransformasjoner". Physical Review Letters 83, 436 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.83.436

[39] Charles H Bennett, Herbert J Bernstein, Sandu Popescu og Benjamin Schumacher. "Konsentrere delvis sammenfiltring av lokale operasjoner". Physical Review A 53, 2046 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.53.2046

[40] Yuval Rishu Sanders og Gilad Gour. "Nødvendige forhold for sammenfiltringskatalysatorer". Physical Review A 79, 054302 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.054302

[41] Francesco Buscemi. "Alle sammenfiltrede kvantetilstander er ikke-lokale". Fysisk vurderingsbrev 108, 200401 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.200401

[42] David Schmid, Haoxing Du, Maryam Mudassar, Ghi Coulter-de Wit, Denis Rosset og Matty J Hoban. "Postquantum fellesårsakskanaler: ressursteorien om lokale operasjoner og delt sammenfiltring". 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 og David Roberts. "Ikke-lokale korrelasjoner som en informasjonsteoretisk ressurs". Fysisk gjennomgang A 71, 022101 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.022101

[44] Nicolas Brunner og Paul Skrzypczyk. "Ikkelokalitetsdestillasjon og postkvanteteorier med triviell kommunikasjonskompleksitet". Fysisk vurderingsbrev 102, 160403 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.160403

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

[46] Christopher J Wood og Robert W Spekkens. "Leksjonen om årsaksoppdagelsesalgoritmer for kvantekorrelasjoner: årsaksforklaringer på brudd på klokkeulikhet krever finjustering". 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 og Ana Belén Sainz. "Post-kvantestyring er en sterkere enn kvanteressurs for informasjonsbehandling." 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 og Tamás Vértesi. "Postkvantestyring". Fysisk vurderingsbrev 115, 190403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.190403

[49] Sandu Popescu og Daniel Rohrlich. "Kvante-ikke-lokalitet som et aksiom". Foundations of Physics 24, 379–385 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098

[50] Nicolas Gisin. "Stokastisk kvantedynamikk og relativitet". Helvetica Physica Acta 62, 363-371 (1989).
https: / / doi.org/ 10.5169 / seals-116034

[51] Lane P Hughston, Richard Jozsa og William K Wootters. "En fullstendig klassifisering av kvanteensembler som har en gitt tetthetsmatrise". Physics Letters A 183, 14–18 (1993).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0375-9601(93)90880-9

[52] Michael A. Nielsen og Isaac L. Chuang. "Kvanteberegning og kvanteinformasjon: 10-årsjubileumsutgave". Cambridge University Press. (2011).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[53] David Schmid, Katja Ried og Robert W. Spekkens. "Hvorfor innledende system-miljø-korrelasjoner ikke innebærer svikt i fullstendig positivitet: Et årsaksperspektiv". Phys. Rev. A 100, 022112 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022112

[54] Man-Duen Choi. "Fullstendig positive lineære kart på komplekse matriser". Lineær algebra og dens anvendelser 10, 285–290 (1975).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0024-3795(75)90075-0

[55] Andrzej Jamiołkowski. "Lineære transformasjoner som bevarer spor og positiv semidefiniteness av operatører". Reports on Mathematical Physics 3, 275–278 (1972).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(72)90011-0

[56] Gus Gutoski og John Watrous. "Mot en generell teori om kvantespill". I Proceedings av det trettiniende årlige ACM-symposiet om teori om databehandling. Side 565. (2007).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 1250790.1250873

[57] Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D'Ariano og Paolo Perinotti. "Teoretisk rammeverk for kvantenettverk". Physical Review A 80, 022339 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.80.022339

[58] Arthur Fine. "Skjulte variabler, felles sannsynlighet og klokkeulikhetene". 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 og Stephen Boyd. "CVX: MATLAB-programvare for disiplinert konveks programmering". url: http://​/​cvxr.com/​cvx.
http://cvxr.com/ cvx

[61] Michael Grant og Stephen Boyd. "Grafimplementeringer for ikke-glatt konvekse programmer". I V. Blondel, S. Boyd og H. Kimura, redaktører, Recent Advances in Learning and Control. Side 95–110. Forelesningsnotater i kontroll- og informasjonsvitenskap. Springer-Verlag Limited (2008).

[62] Jos F Sturm. "Bruker sedumi 1.02, en matlab-verktøykasse for optimalisering over symmetriske kjegler". Optimaliseringsmetoder og programvare 11, 625–653 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 10556789908805766

[63] Nathaniel Johnston. "QETLAB: en MATLAB-verktøykasse for kvanteforviklinger". url: http://​/​qetlab.com.
http://qetlab.com

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

[65] Daniel Cavalcanti og Paul Skrzypczyk. "Quantestyring: en gjennomgang med fokus på semidefinite programmering". Reports on Progress in Physics 80, 024001 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​80/​2/​024001

[66] Miguel Navascués, Yelena Guryanova, Matty J Hoban og Antonio Acín. "Nesten kvantekorrelasjoner". Naturformidling 6, 1 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7288

[67] Marcin Pawłowski, Tomasz Paterek, Dagomir Kaszlikowski, Valerio Scarani, Andreas Winter og Marek Żukowski. "Informasjonsårsakssammenheng som et fysisk prinsipp". Nature 461, 1101 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature08400

[68] Miguel Navascués og Harald Wunderlich. "Et blikk utover kvantemodellen". 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 og Antonio Acín. "Utforsker det lokale ortogonalitetsprinsippet". Physical Review A 89, 032117 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.032117

[70] Antonio Acín, Tobias Fritz, Anthony Leverrier og Ana Belén Sainz. "En kombinatorisk tilnærming til ikke-lokalitet og kontekstualitet". Communications in Mathematical Physics 334, 533–628 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-2260-1

[71] Joe Henson og Ana Belén Sainz. "Makroskopisk ikke-kontekstualitet som et prinsipp for nesten kvantekorrelasjoner". Physical Review A 91, 042114 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.042114

[72] John F Clauser, Michael A Horne, Abner Shimony og Richard A Holt. "Foreslått eksperiment for å teste lokale teorier om skjulte variabler". Physical review letters 23, 880 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880

[73] Matty J Hoban og Ana Belén Sainz. "Et kanalbasert rammeverk for styring, ikke-lokalitet og utover". New Journal of Physics 20, 053048 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aabea8

[74] Michał Banacki, Ravishankar Ramanathan og 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 og Antonio Acín. "Avgrense settet med kvantekorrelasjoner". Physical Review Letters 98, 010401 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.010401

[76] Miguel Navascués, Stefano Pironio og Antonio Acín. "Et konvergent hierarki av semidefinite programmer som karakteriserer settet med kvantekorrelasjoner". New Journal of Physics 10, 073013 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​10/​7/​073013

[77] Tilo Eggeling, Dirk Schlingemann og Reinhard F Werner. "Semikausale operasjoner er semilokaliserbare". EPL (Europhysics Letters) 57, 782 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1209 / EPL / i2002-00579-4

Sitert av

Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.

Tidstempel:

Mer fra Kvantejournal