Teoria resurselor a nonclasicității ansamblurilor de canale

Teoria resurselor a nonclasicității ansamblurilor de canale

Marca temporală: 10 octombrie 2023 12:15
Nodul sursă: 2936260

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

1Centrul internațional pentru teoria tehnologiilor cuantice, Universitatea din Gdańsk, 80-309 Gdańsk, Polonia
2Cambridge Quantum Computing Ltd.
3Quantinuum LLC

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

Când două părți, Alice și Bob, împărtășesc sisteme cuantice corelate și Alice efectuează măsurători locale, descrierea actualizată a lui Alice a stării lui Bob poate oferi dovezi ale corelațiilor neclasice. Acest scenariu simplu, introdus faimos de Einstein, Podolsky și Rosen (EPR), poate fi modificat permițându-i lui Bob să aibă și un sistem clasic sau cuantic ca intrare. În acest caz, Alice își actualizează cunoștințele despre canal (mai degrabă decât despre o stare) în laboratorul lui Bob. În această lucrare, oferim un cadru unificat pentru studierea neclasicității diferitelor astfel de generalizări ale scenariului EPR. Facem acest lucru folosind o teorie a resurselor în care operațiunile libere sunt operații locale și aleatorie partajată (LOSR). Deducem un program semidefinit pentru studierea precomenzii resurselor EPR și descoperim posibile conversii între acestea din urmă. Mai mult, studiem conversiile dintre resursele post-cuantice atât analitic, cât și numeric.

► Date BibTeX

► Referințe

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

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

[3] Albert Einstein, Boris Podolsky și Nathan Rosen. „Descrierea mecanică cuantică a realității fizice poate fi considerată completă?”. Revista fizică 47, 777 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.47.777

[4] Erwin Schrödinger. „Discuție despre relațiile de probabilitate între sisteme separate”. 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 și Margaret D Reid. „Criterii experimentale pentru direcție și paradoxul Einstein-Podolsky-Rosen”. Physical Review A 80, 032112 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.80.032112

[6] Howard M Wiseman, Steve James Jones și Andrew C Doherty. „Dirijarea, încurcarea, nonlocalitatea și paradoxul Einstein-Podolsky-Rosen”. Scrisorile de revizuire fizică 98, 140402 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.140402

[7] Roope Uola, Ana CS Costa, H Chau Nguyen și Otfried Gühne. „Dirijare cuantică”. 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 și Howard M Wiseman. „Distribuție unilaterală a cheilor cuantice independentă de dispozitiv: securitate, fezabilitate și conexiunea cu direcția”. Physical Review A 85, 010301 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.010301

[9] Yu Xiang, Ioannis Kogias, Gerardo Adesso și Qiongyi He. „Dirijare gaussiană multipartită: constrângeri de monogamie și aplicații de criptografie cuantică”. Fiz. 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 și SP Walborn. „Detecția întanglementării în rețelele cuantice asimetrice și direcția cuantică multipartită”. 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 și Daniel Cavalcanti. „Încrucișarea multipartită experimentală și certificarea aleatorie a stării w în scenariul de direcție cuantică”. Quantum Science and Technology 2, 015011 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / aa629b

[12] Elsa Passaro, Daniel Cavalcanti, Paul Skrzypczyk și Antonio Acín. „Certificarea aleatorie optimă în scenariile de direcție cuantică și de pregătire și măsurare”. 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. „Extracție aleatorie cuantică pentru diferite niveluri de caracterizare a dispozitivelor”. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 47, 424028 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​47/​42/​424028

[14] Ivan Šupić și Matty J Hoban. „Autotestare prin EPR-direcție”. 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 și AS Majumdar. „Autotestarea independentă de dispozitiv unilaterală a oricărei stări pure de doi qubiți”. 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 și Yueh-Nan Chen. „Autotestarea robustă a ansamblurilor cuantice orientabile și aplicațiile sale privind certificarea cuantică independentă de dispozitiv”. Quantum 5, 552 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-09-28-552

[17] Matthew F Pusey. „Negativitate și direcție: o conjectură Peres mai puternică”. Physical Review A 88, 032313 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.032313

[18] Paul Skrzypczyk, Miguel Navascués și Daniel Cavalcanti. „Cuantificarea direcției Einstein-Podolsky-Rosen”. Scrisorile de revizuire fizică 112, 180404 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.180404

[19] Marco Piani și John Watrous. „Caracterizarea informațiilor cuantice necesară și suficientă a direcției Einstein-Podolsky-Rosen”. Scrisorile de revizuire fizică 114, 060404 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.060404

[20] Rodrigo Gallego și Leandro Aolița. „Teoria resurselor de direcție”. Physical Review X 5, 041008 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.5.041008

[21] Beata Zjawin, David Schmid, Matty J Hoban și Ana Belén Sainz. „Cuantificarea EPR: teoria resurselor nonclasicității ansamblurilor de cauză comună”. Quantum 7, 926 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-02-16-926

[22] Elie Wolfe, David Schmid, Ana Belén Sainz, Ravi Kunjwal și Robert W Spekkens. „Quantifying Bell: The resource theory of nonclassicity of common-cause boxes”. 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 și Robert W Spekkens. „Înțelegerea interacțiunii dintre entanglement și nonlocality: motivarea și dezvoltarea unei noi ramuri a teoriei întanglementului” (2020). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2004.09194.
arXiv: 2004.09194

[24] David Schmid, Denis Rosset și Francesco Buscemi. „Teoria resurselor independente de tip a operațiunilor locale și aleatorii partajate”. Quantum 4, 262 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-30-262

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

[26] Ana Belén Sainz, Matty J Hoban, Paul Skrzypczyk și Leandro Aolita. „Dirijarea postcuantică bipartită în scenarii generalizate”. Physical Review Letters 125, 050404 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.050404

[27] Eric G Cavalcanti, Michael JW Hall și Howard M Wiseman. „Verificarea încurcăturii și direcția atunci când nu se poate avea încredere în Alice și bob”. Physical Review A 87, 032306 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.032306

[28] Denis Rosset, David Schmid și Francesco Buscemi. „Caracterizarea independentă de tip a resurselor separate asemănătoare spațiului”. Physical Review Letters 125, 210402 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.210402

[29] Iman Marvian și Robert W Spekkens. „Cum se cuantifică coerența: distincția dintre noțiunile vorbibile și cele nespuse”. Physical Review A 94, 052324 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.052324

[30] Iman Marvian, Robert W Spekkens și Paolo Zanardi. „Limite de viteză cuantică, coerență și asimetrie”. Physical Review A 93, 052331 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.052331

[31] Andreas Winter și Dong Yang. „Teoria coerenței resurselor operaționale”. Scrisorile de revizuire fizică 116, 120404 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.120404

[32] Fernando GSL Brandao, Michał Horodecki, Jonathan Oppenheim, Joseph M Renes și Robert W Spekkens. „Teoria resurselor stărilor cuantice în afara echilibrului termic”. Scrisorile de revizuire fizică 111, 250404 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.250404

[33] Paul Skrzypczyk, Anthony J Short și Sandu Popescu. „Extractia muncii si termodinamica pentru sisteme cuantice individuale”. Nature communications 5, 1–8 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5185

[34] Dominik Janzing, Pawel Wocjan, Robert Zeier, Rubino Geiss și Th Beth. „Costul termodinamic al fiabilității și al temperaturilor scăzute: principiul landauer de strângere și a doua lege”. Jurnalul Internațional de Fizică Teoretică 39, 2717–2753 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1023 / A: 1026422630734

[35] Michał Horodecki și Jonathan Oppenheim. „Limitări fundamentale pentru termodinamica cuantică și la scară nanometrică”. Nature communications 4, 1–6 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms3059

[36] Gilad Gour, Markus P Müller, Varun Narasimhachar, Robert W Spekkens și Nicole Yunger Halpern. „Teoria resurselor de neechilibru informațional în termodinamică”. Rapoarte de fizică 583, 1–58 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2015.04.003

[37] Zoë Holmes, Erick Hinds Mingo, Calvin YR Chen și Florian Mintert. „Cuantificarea atermalității și a abaterilor induse cuantice de la relațiile clasice de fluctuație”. Entropia 22, 111 (2020).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e22010111

[38] Michael A Nielsen. „Condiții pentru o clasă de transformări întanglement”. Physical Review Letters 83, 436 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.83.436

[39] Charles H Bennett, Herbert J Bernstein, Sandu Popescu și Benjamin Schumacher. „Concentrarea încurcăturii parțiale de către operațiuni locale”. Physical Review A 53, 2046 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.53.2046

[40] Yuval Rishu Sanders și Gilad Gour. „Condiții necesare pentru catalizatorii de încurcare”. Physical Review A 79, 054302 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.054302

[41] Francesco Buscemi. „Toate stările cuantice încurcate sunt nelocale”. Scrisorile de revizuire fizică 108, 200401 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.200401

[42] David Schmid, Haoxing Du, Maryam Mudassar, Ghi Coulter-de Wit, Denis Rosset și Matty J Hoban. „Canale de cauză comună postcuantică: teoria resurselor operațiunilor locale și încrucișarea partajată”. 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 și David Roberts. „Corelațiile nonlocale ca resursă teoretică informațională”. Revizuire fizică A 71, 022101 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.022101

[44] Nicolas Brunner și Paul Skrzypczyk. „Distilarea nonlocalității și teorii postcuantice cu complexitate banală de comunicare”. Scrisorile de revizuire fizică 102, 160403 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.160403

[45] Perla Iudeei. „Cauzalitate”. Cambridge University Press. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[46] Christopher J Wood și Robert W Spekkens. „Lecția de algoritmi de descoperire cauzală pentru corelații cuantice: explicațiile cauzale ale încălcărilor inegalității clopotului necesită o reglare fină”. 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 și Ana Belén Sainz. „Dirijarea post-cuantică este o resursă mai puternică decât cuantică pentru procesarea informațiilor”. 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 și Tamás Vértesi. „Dirijare postcuantică”. Scrisorile de revizuire fizică 115, 190403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.190403

[49] Sandu Popescu și Daniel Rohrlich. „Nonlocalitatea cuantică ca axiomă”. Foundations of Physics 24, 379–385 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098

[50] Nicolas Gisin. „Dinamica cuantică stocastică și relativitatea”. Helvetica Physica Acta 62, 363–371 (1989).
https: / / doi.org/ 10.5169 / seals-116034

[51] Lane P Hughston, Richard Jozsa și William K Wootters. „O clasificare completă a ansamblurilor cuantice având o matrice de densitate dată”. Litere de fizică A 183, 14–18 (1993).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0375-9601(93)90880-9

[52] Michael A. Nielsen și Isaac L. Chuang. „Calcul cuantic și informații cuantice: ediția a 10-a aniversare”. Cambridge University Press. (2011).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[53] David Schmid, Katja Ried și Robert W. Spekkens. „De ce corelațiile inițiale sistem-mediu nu implică eșecul pozitivității complete: o perspectivă cauzală”. Fiz. Rev. A 100, 022112 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022112

[54] Man-Duen Choi. „Hărți liniare complet pozitive pe matrice complexe”. Algebra liniară și aplicațiile sale 10, 285–290 (1975).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0024-3795(75)90075-0

[55] Andrzej Jamiołkowski. „Transformări liniare care păstrează urma și semidefinititatea pozitivă a operatorilor”. Rapoarte despre fizica matematică 3, 275–278 (1972).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(72)90011-0

[56] Gus Gutoski și John Watrous. „Spre o teorie generală a jocurilor cuantice”. În Actele celui de-al treizeci și noua simpozion anual ACM despre teoria calculului. Pagina 565. (2007).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 1250790.1250873

[57] Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D'Ariano și Paolo Perinotti. „Cadru teoretic pentru rețele cuantice”. Physical Review A 80, 022339 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.80.022339

[58] Arthur Bine. „Variabilele ascunse, probabilitatea comună și inegalitățile Bell”. Fiz. 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 și Stephen Boyd. „CVX: software MATLAB pentru programare convexă disciplinată”. url: http://​/​cvxr.com/​cvx.
http://​/​cvxr.com/​cvx

[61] Michael Grant și Stephen Boyd. „Implementări grafice pentru programe convexe nenetede”. În V. Blondel, S. Boyd și H. Kimura, editori, Recent Advances in Learning and Control. Paginile 95–110. Note de curs în Control și Științe ale Informației. Springer-Verlag Limited (2008).

[62] Jos F Sturm. „Folosind sedumi 1.02, o cutie de instrumente Matlab pentru optimizare peste conuri simetrice”. Metode de optimizare și software 11, 625–653 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 10556789908805766

[63] Nathaniel Johnston. „QETLAB: o cutie de instrumente MATLAB pentru entanglement cuantic”. url: http://​/​qetlab.com.
http://​/​qetlab.com

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

[65] Daniel Cavalcanti și Paul Skrzypczyk. „Dirijarea cuantică: o revizuire cu accent pe programarea semidefinită”. Rapoarte privind progresul în fizică 80, 024001 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​80/​2/​024001

[66] Miguel Navascués, Yelena Guryanova, Matty J Hoban și Antonio Acín. „Aproape corelații cuantice”. Nature communications 6, 1 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7288

[67] Marcin Pawłowski, Tomasz Paterek, Dagomir Kaszlikowski, Valerio Scarani, Andreas Winter și Marek Żukowski. „Cauzalitatea informației ca principiu fizic”. Nature 461, 1101 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature08400

[68] Miguel Navascués și Harald Wunderlich. „O privire dincolo de modelul cuantic”. 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 și Antonio Acín. „Explorând principiul ortogonalității locale”. Physical Review A 89, 032117 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.032117

[70] Antonio Acín, Tobias Fritz, Anthony Leverrier și Ana Belén Sainz. „O abordare combinatorie a nonlocalității și contextualității”. Communications in Mathematical Physics 334, 533–628 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-2260-1

[71] Joe Henson și Ana Belén Sainz. „Noncontextualitatea macroscopică ca principiu pentru corelații aproape cuantice”. Physical Review A 91, 042114 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.042114

[72] John F Clauser, Michael A Horne, Abner Shimony și Richard A Holt. „Experiment propus pentru a testa teoriile locale de variabile ascunse”. Scrisorile de revizuire fizică 23, 880 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880

[73] Matty J Hoban și Ana Belén Sainz. „Un cadru bazat pe canal pentru conducere, non-localitate și nu numai”. New Journal of Physics 20, 053048 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aabea8

[74] Michał Banacki, Ravishankar Ramanathan și Paweł Horodecki. „Ansambluri de canale multipartite” (2022). url: https://​/​arxiv.org/​pdf/​2205.05033.pdf.
https: / / arxiv.org/ pdf / 2205.05033.pdf

[75] Miguel Navascués, Stefano Pironio și Antonio Acín. „Delimitarea setului de corelații cuantice”. Physical Review Letters 98, 010401 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.010401

[76] Miguel Navascués, Stefano Pironio și Antonio Acín. „O ierarhie convergentă de programe semidefinite care caracterizează setul de corelații cuantice”. New Journal of Physics 10, 073013 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​10/​7/​073013

[77] Tilo Eggeling, Dirk Schlingemann și Reinhard F Werner. „Operațiile semicauzale sunt semilocalizabile”. EPL (Europhysics Letters) 57, 782 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1209 / EPL / i2002-00579-4

Citat de

Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic