Ressourceteorien om ikke-klassicitet af kanalsamlinger

Ressourceteorien om ikke-klassicitet af kanalsamlinger

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

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

Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Når to parter, Alice og Bob, deler korrelerede kvantesystemer, og Alice udfører lokale målinger, kan Alices opdaterede beskrivelse af Bobs tilstand give bevis for ikke-klassiske korrelationer. Dette simple scenarie, som er berømt introduceret af Einstein, Podolsky og Rosen (EPR), kan modificeres ved at lade Bob også have et klassisk eller kvantesystem som input. I dette tilfælde opdaterer Alice sin viden om kanalen (i stedet for en stat) i Bobs laboratorium. I dette papir giver vi en samlet ramme for at studere uklassiciteten af ​​forskellige sådanne generaliseringer af EPJ-scenariet. Det gør vi ved at bruge en ressourceteori, hvor de gratis operationer er lokale operationer og delt tilfældighed (LOSR). Vi udleder et semibestemt program til at studere forudbestillingen af ​​EPJ-ressourcer og opdage mulige konverteringer mellem sidstnævnte. Desuden studerer vi konverteringer mellem post-kvante ressourcer både analytisk og numerisk.

► BibTeX-data

► Referencer

[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. "Klokke ikke-lokalitet". Anmeldelser af Modern Physics 86, 419 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.86.419

[3] Albert Einstein, Boris Podolsky og Nathan Rosen. "Kan kvantemekanisk beskrivelse af den fysiske virkelighed betragtes som fuldstændig?". Physical review 47, 777 (1935).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRev.47.777

[4] Erwin Schrödinger. "Diskussion af sandsynlighedsforhold mellem adskilte 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". Physical review letters 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 af 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 enhedsuafhængig kvantenøgledistribution: Sikkerhed, gennemførlighed og forbindelsen med styring". Fysisk anmeldelse 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-begrænsninger og kvantekryptografiapplikationer". 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. "Detektion af sammenfiltring i asymmetriske kvantenetværk og flerparts kvantestyring". Naturformidling 6, 1–6 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1038/​ncomms8941

[11] Alejandro Mátar, Paul Skrzypczyk, GH Aguilar, RV Nery, PH Souto Ribeiro, SP Walborn og Daniel Cavalcanti. "Eksperimentel flerpartssammenfiltring og tilfældighedscertificering af 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 tilfældighedscertificering i kvantestyrings- og forberedelse-og-måling scenarier". 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. "Kvantetilfældighedsudvinding for forskellige niveauer af karakterisering af enhederne". 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. "Selvtest gennem 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 enhedsuafhængig selvtest af enhver ren to-qubit-indviklet tilstand". Fysisk anmeldelse 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 selvtest af styrbare kvantesamlinger og dets applikationer på enhedsuafhængig kvantecertificering". Quantum 5, 552 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-09-28-552

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

[18] Paul Skrzypczyk, Miguel Navascués og Daniel Cavalcanti. "Kvantificering af Einstein-Podolsky-Rosen-styring". Physical review letters 112, 180404 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.112.180404

[19] Marco Piani og John Watrous. "Nødvendig og tilstrækkelig kvanteinformationskarakterisering af Einstein-Podolsky-Rosen-styring". Physical review letters 114, 060404 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.114.060404

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

[21] Beata Zjawin, David Schmid, Matty J Hoban og Ana Belén Sainz. "Kvantificering af EPR: ressourceteorien om ikke-klassicitet af almindelige årsagssamlinger". 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: Ressourceteorien om ikke-klassicitet af almindelige årsagskasser". 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 mellem sammenfiltring og ikke-lokalitet: motivering og udvikling af en ny gren af ​​forviklingsteori" (2020). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2004.09194.
arXiv: 2004.09194

[24] David Schmid, Denis Rosset og Francesco Buscemi. "Den typeuafhængige ressourceteori om lokale operationer og delt tilfældighed". 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. "Todelt postkvantestyring i generaliserede 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. "Entanglement verifikation og styring, når alice og bob ikke kan stole på". Fysisk anmeldelse A 87, 032306 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.87.032306

[28] Denis Rosset, David Schmid og Francesco Buscemi. "Typeuafhængig karakterisering af rumlignende adskilte ressourcer". Physical Review Letters 125, 210402 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.125.210402

[29] Iman Marvian og Robert W Spekkens. "Sådan kvantificerer man sammenhæng: skelne mellem talelige og uudsigelige forestillinger". Fysisk anmeldelse A 94, 052324 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.94.052324

[30] Iman Marvian, Robert W Spekkens og Paolo Zanardi. "Kvantehastighedsgrænser, sammenhæng og asymmetri". Fysisk anmeldelse A 93, 052331 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.93.052331

[31] Andreas Winter og Dong Yang. "Operationel ressourceteori om sammenhæng". Physical review letters 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. "Ressourceteori om kvantetilstande ude af termisk ligevægt". Physical review letters 111, 250404 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.111.250404

[33] Paul Skrzypczyk, Anthony J Short og Sandu Popescu. "Arbejdsudvinding og termodynamik 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 omkostninger ved pålidelighed og lave temperaturer: stramning af Landauers princip og den anden lov". International Journal of Theoretical Physics 39, 2717–2753 (2000).
https://doi.org/​10.1023/​A:1026422630734

[35] Michał Horodecki og Jonathan Oppenheim. "Fundamentelle begrænsninger for kvante- og nanoskala termodynamik". 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. "Ressourceteorien om informationsmæssig uligevægt i termodynamik". 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 og Florian Mintert. "Kvantificering af atermalitet og kvanteinducerede afvigelser fra klassiske fluktuationsforhold". Entropy 22, 111 (2020).
https://​/​doi.org/​10.3390/​e22010111

[38] Michael A Nielsen. "Betingelser for en klasse af sammenfiltringstransformationer". 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. "Koncentrering af delvis sammenfiltring af lokale operationer". Physical Review A 53, 2046 (1996).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.53.2046

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

[41] Francesco Buscemi. "Alle sammenfiltrede kvantetilstande er ikke-lokale". Physical review letters 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 almindelige årsagskanaler: ressourceteorien om lokale operationer 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 sammenhænge som en informationsteoretisk ressource". Fysisk gennemgang A 71, 022101 (2005).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.71.022101

[44] Nicolas Brunner og Paul Skrzypczyk. "Ikkelokalitetsdestillation og postkvanteteorier med triviel kommunikationskompleksitet". Physical review letters 102, 160403 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.102.160403

[45] Judæa Perle. "Kausalitet". Cambridge University Press. (2009).
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511803161

[46] Christopher J Wood og Robert W Spekkens. "Lektionen af ​​kausale opdagelsesalgoritmer for kvantekorrelationer: kausale forklaringer på klokkeulighedskrænkelser kræver 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 stærkere end kvanteressource til informationsbehandling". 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". Physical review letters 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 kvantedynamik 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 komplet klassifikation af kvanteensembler med en given tæthedsmatrix". 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 kvanteinformation: 10-års jubilæumsudgave". Cambridge University Press. (2011).
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511976667

[53] David Schmid, Katja Ried og Robert W. Spekkens. "Hvorfor indledende system-miljø-korrelationer ikke indebærer svigt af fuldstændig positivitet: Et kausalt perspektiv". Phys. Rev. A 100, 022112 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.100.022112

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

[55] Andrzej Jamiołkowski. "Lineære transformationer, der bevarer spor og positiv semidefiniteness af 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. "Mod en generel teori om kvantespil". I Proceedings af det 565. årlige ACM-symposium om teori om computing. Side 2007. (XNUMX).
https://​/​doi.org/​10.1145/​1250790.1250873

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

[58] Arthur fint. "Skjulte variabler, fælles sandsynlighed og klokkeuligheder". 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-software til disciplineret konveks programmering". url: http://​/​cvxr.com/​cvx.
http://​/​cvxr.com/​cvx

[61] Michael Grant og Stephen Boyd. "Grafimplementeringer til ikke-glatte konvekse programmer". I V. Blondel, S. Boyd og H. Kimura, redaktører, Recent Advances in Learning and Control. Side 95-110. Forelæsningsnotater i kontrol- og informationsvidenskab. Springer-Verlag Limited (2008).

[62] Jos F Sturm. "Ved brug af sedumi 1.02, en matlab-værktøjskasse til optimering over symmetriske kegler". Optimeringsmetoder og software 11, 625–653 (1999).
https://​/​doi.org/​10.1080/​10556789908805766

[63] Nathaniel Johnston. "QETLAB: en MATLAB værktøjskasse til kvantesammenfiltring". 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. "Kvantestyring: en anmeldelse med fokus på semidefinite programmering". Rapporter om fremskridt i fysik 80, 024001 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​80/​2/​024001

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

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

[68] Miguel Navascués og Harald Wunderlich. "Et blik ud over 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. "Udforskning af det lokale ortogonalitetsprincip". Fysisk anmeldelse 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 tilgang 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 princip for næsten kvante-korrelationer". Fysisk anmeldelse 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. "Foreslået eksperiment til at teste lokale skjulte variable teorier". Physical review letters 23, 880 (1969).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.23.880

[73] Matty J Hoban og Ana Belén Sainz. "En kanalbaseret ramme for styring, ikke-lokalitet og videre". 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. "Afgrænsning af mængden af ​​kvantekorrelationer". 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 af semibestemte programmer, der karakteriserer sættet af kvantekorrelationer". 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 operationer er semilokaliserbare". EPL (Europhysics Letters) 57, 782 (2002).
https://​doi.org/​10.1209/​epl/​i2002-00579-4

Citeret af

Tidsstempel:

Mere fra Quantum Journal