Unificando diferentes noções de incompatibilidade quântica em uma hierarquia estrita de teorias de recursos de comunicação

Unificando diferentes noções de incompatibilidade quântica em uma hierarquia estrita de teorias de recursos de comunicação

Nó Fonte: 2706856

Francesco Buscemi1, Kodai Kobayashi1, Shintaro Minagawa1, Paulo Perinotti2,3 e Alessandro Tosini2,3

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

Acha este artigo interessante ou deseja discutir? Scite ou deixe um comentário no SciRate.

Sumário

Embora haja um consenso geral sobre a definição de POVMs incompatíveis, subindo para o nível de instrumentos encontra-se uma situação muito menos clara, com definições de incompatibilidade matematicamente diferentes e logicamente independentes. Aqui fechamos essa lacuna introduzindo a noção de $q-compatibilidade$, que unifica diferentes noções de POVMs, canais e incompatibilidade de instrumentos em uma hierarquia de teorias de recursos de comunicação entre partes separadas. As teorias de recursos que obtemos são $completas$, no sentido de que contêm famílias completas de operações livres e monótonas que fornecem condições necessárias e suficientes para a existência de uma transformação. Além disso, nossa estrutura é totalmente $operacional$, no sentido de que as transformações livres são caracterizadas explicitamente, em termos de operações locais auxiliadas por comunicação clássica direcionada causalmente restrita, e todos os monótonos possuem uma interpretação da teoria dos jogos tornando-os experimentalmente mensuráveis ​​em princípio. Podemos assim apontar exatamente em que consiste cada noção de incompatibilidade, em termos de recursos teóricos da informação.

► dados BibTeX

► Referências

[1] Iwo Białynicki-Birula e Jerzy Mycielski. Relações de incerteza para entropia de informação em mecânica ondulatória. 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 e Renato Renner. O princípio da incerteza na presença de memória quântica. 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 e Benjamin Schumacher. Estados mistos não comutados não podem ser transmitidos. 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] Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani e Stephanie Wehner. Não-localidade de Bell. 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 e Wenbin Zhou. Teoria completa de recursos de incompatibilidade quântica como programabilidade quântica. Física Rev. Lett., 124:120401, março 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 e Nilanjana Datta. Equivalência entre divisibilidade e decréscimo monótono de informação em processos estocásticos clássicos e quânticos. Física Rev. A, 93:012101, janeiro 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 e Sergii Strelchuk. Caracterização em teoria dos jogos de canais antidegradáveis. 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 e Gilad Gour. Curvas de Lorenz relativas quânticas. Física Rev. A, 95:012110, janeiro 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 e Michał Horodecki. Balanço de informação global em medições quânticas. 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 e Mark M. Wilde. Ruído e perturbação em medições quânticas: uma abordagem da teoria da informação. 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 e Shintaro Minagawa. Uma teoria completa e operacional de recursos de nitidez de medição, 2023. arXiv:2303.07737.
arXiv: 2303.07737

[12] David Blackwell. Comparações 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 e Peter Mittelstaedt. A teoria quântica da medição. Springer Berlin 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 e Reinhard F. Werner. Colóquio: Raiz quântica do erro quadrático médio e relações de incerteza de medição. Rev. Mod. Phys., 86:1261–1281, dezembro 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 e Marco Tomamichel. Um tratamento teórico da informação das dicotomias quânticas. Quantum, 3:209, dezembro de 2019. doi: 10.22331/q-2019-12-09-209.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-12-09-209

[16] Francisco Buscemi. Todos os estados quânticos emaranhados são não locais. Física Rev. Lett., 108:200401, maio 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] Francisco Buscemi. Comparação de modelos estatísticos quânticos: Condições equivalentes de suficiência. 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] Francisco Buscemi. Declarações totalmente quânticas da segunda lei da teoria das comparações estatísticas, 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] Francisco Buscemi. Canais degradáveis, canais menos ruidosos e morfismos estatísticos quânticos: uma relação de equivalência. Probl Inf Transm, 52:201–213, 2016. doi:10.1134/​S0032946016030017.
https: / / doi.org/ 10.1134 / S0032946016030017

[20] Francisco Buscemi. Teoremas de processamento de dados reverso e segundas leis computacionais. Em Masanao Ozawa, Jeremy Butterfield, Hans Halvorson, Miklós Rédei, Yuichiro Kitajima e Francesco Buscemi, editores, Reality and Measurement in Algebraic Quantum Theory, páginas 135–159, Cingapura, 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 e Paolo Perinotti. Transformando operações quânticas: supermapas quânticos. 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 e Gilad Gour. Teorias de recursos quânticos. 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 e Alessandro Tosini. Incompatibilidade de observáveis, canais e instrumentos nas teorias da informação. 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. Maiorização quântica e um conjunto completo de condições entrópicas para termodinâmica quântica. Nature Communications, 9(1), dez 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. Über den anschaulichen inhalt der quantentheoretischen cinemática e mecânica. 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 e Karol Horodecki. Emaranhamento quântico. Rev. Mod. Phys., 81:865–942, junho 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 e Antonio Acín. Problema marginal do canal quântico. Física Rev. Res., 4:013249, março 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 e George Polya. Desigualdades. Cambridge University Press, 1952. URL: https:/​/​books.google.it/​books?id=t1RCSP8YKt8C.
https://​/​books.google.it/​books?id=t1RCSP8YKt8C

[29] Teiko Heinosaari, Takayuki Miyadera e Daniel Reitzner. Dispositivos quânticos fortemente incompatíveis. 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 e Mário Ziman. Um convite à incompatibilidade quântica. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, 49(12):123001, fev 2016. doi:10.1088/​1751-8113/​49/​12/​123001.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​49/​12/​123001

[31] Teiko Heinosaari, Daniel Reitzner e Peter Stano. Notas sobre mensurabilidade conjunta de observáveis ​​quânticos. 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 e Eric Chitambar. Incompatibilidade como recurso para instrumentos quânticos programáveis. arXiv:2112.03717, 2021. URL: https:/​/​arxiv.org/​abs/​2112.03717.
arXiv: 2112.03717

[33] Ana Jencová. Comparação de canais quânticos e experimentos estatísticos, 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 Jencová. Uma teoria geral de comparação de canais quânticos (e além). 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 e Andreas Winter. A extensibilidade limita o desempenho dos processadores quânticos. 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 e Andreas Winter. Teoria de recursos de inextensibilidade e capacidade quântica não assintótica. 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 e Máté Farkas. Compatibilidade de instrumentos quânticos. Física Rev. A, 105:052202, maio 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 e Barry C. Arnold. Desigualdades: teoria da majoração e suas aplicações. Springer, 2010. doi:10.1007/​978-0-387-68276-1.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-0-387-68276-1

[39] Hans Maassen e JBM Uffink. Relações de incerteza entrópica generalizada. Física Rev. Lett., 60:1103–1106, março 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. Processos de medição quântica de observáveis ​​contínuos. 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. Reformulação universalmente válida do princípio da incerteza de Heisenberg sobre ruído e perturbação na medição. 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. Relações de incerteza para ruído e perturbação em medições quânticas 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. A derivação original de Heisenberg do princípio da incerteza e suas reformulações 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 e completude de erros quadráticos médios quânticos. 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. Comunicação privada.

[46] Denis Rosset, Francesco Buscemi e Yeong-Cherng Liang. Teoria de recursos de memórias quânticas e sua verificação fiel com suposições mínimas. Física Rev. X, 8:021033, maio 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 e Mile Gu. Manipulação de coerência com operações covariantes de defasagem. Física Rev. Research, 2:013109, janeiro 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. O princípio da incerteza. Física Rev., 34:163–164, julho 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 e Francesco Buscemi. Caracterização independente de tipo de recursos separados por espaço. Física Rev. Lett., 125:210402, novembro 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 Belen Sainz, Elie Wolfe e Robert W. Spekkens. Entendendo a interação entre emaranhamento e não localidade: motivando e desenvolvendo um novo ramo da teoria do emaranhamento, 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 e Noah Linden. Robustez de medição, jogos de discriminação e informações acessíveis. 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 e Francesco Buscemi. A teoria de recursos independentes de tipo de operações locais e aleatoriedade compartilhada. 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 e Francesco Buscemi. Transições de estado geral com morfismos de recursos exatos: uma abordagem unificada de teoria de recursos. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, 53(44):445303, out 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 e Michal Sedlák, “Incompatibilidade de instrumentos quânticos”, arXiv: 2212.11225, (2022).

[2] Marco Erba, Paolo Perinotti, Davide Rolino e Alessandro Tosini, “A incompatibilidade de medição é estritamente mais forte que a perturbação”, arXiv: 2305.16931, (2023).

[3] Stanley Gudder, “Uma Teoria dos Instrumentos Quânticos”, arXiv: 2305.17584, (2023).

[4] Ning Gao, Dantong Li, Anchit Mishra, Junchen Yan, Kyrylo Simonov e Giulio Chiribella, “Measuring Incompatibility and Clustering Quantum Observables with a Quantum Switch”, Cartas de Revisão Física 130 17, 170201 (2023).

[5] Francesco Buscemi, Kodai Kobayashi e Shintaro Minagawa, “Uma teoria completa e operacional de recursos de nitidez de medição”, arXiv: 2303.07737, (2023).

As citações acima são de SAO / NASA ADS (última atualização com êxito 2023-06-07 21:35:06). A lista pode estar incompleta, pois nem todos os editores fornecem dados de citação adequados e completos.

On Serviço citado por Crossref nenhum dado sobre a citação de trabalhos foi encontrado (última tentativa 2023-06-07 21:35:05).

Carimbo de hora:

Mais de Diário Quântico