Verschränkungskatalyse für Quantenzustände und verrauschte Kanäle

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Verschränkungskatalyse für Quantenzustände und verrauschte Kanäle PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikale Suche. Ai.

Chandan Datta1,2,3, Tulja Varun Kondra1, Marek Miller1 und Alexander Streltsov1

1Zentrum für Quantenoptische Technologien, Zentrum für Neue Technologien, Universität Warschau, Banacha 2c, 02-097 Warschau, Polen
2Institut für Theoretische Physik III, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Universitätsstraße 1, D-40225 Düsseldorf, Deutschland
3Fachbereich Physik, Indian Institute of Technology Jodhpur, Jodhpur 342030, Indien

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Abstrakt

Viele Anwendungen der aufkommenden Quantentechnologien, wie etwa Quantenteleportation und Quantenschlüsselverteilung, erfordern Singuletts, maximal verschränkte Zustände zweier Quantenbits. Daher ist es von größter Bedeutung, optimale Verfahren für die Einrichtung von Singlets zwischen entfernten Parteien zu entwickeln. Wie kürzlich gezeigt wurde, können Singuletts aus anderen Quantenzuständen mithilfe eines Quantenkatalysators gewonnen werden, einem verschränkten Quantensystem, das dabei nicht verändert wird. In dieser Arbeit führen wir diese Idee weiter aus und untersuchen die Eigenschaften der Verschränkungskatalyse und ihre Rolle für die Quantenkommunikation. Für Transformationen zwischen bipartiten reinen Zuständen beweisen wir die Existenz eines universellen Katalysators, der alle möglichen Transformationen in diesem Aufbau ermöglichen kann. Wir demonstrieren den Vorteil der Katalyse in asymptotischen Umgebungen und gehen über die typische Annahme unabhängiger und identisch verteilter Systeme hinaus. Wir entwickeln Methoden weiter, um die Anzahl der Singuletts abzuschätzen, die mithilfe verschränkter Katalysatoren über einen verrauschten Quantenkanal gebildet werden können. Für verschiedene Arten von Quantenkanälen führen unsere Ergebnisse zu optimalen Protokollen, die es ermöglichen, die maximale Anzahl von Singuletts bei einer einzigen Nutzung des Kanals zu ermitteln.

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► Referenzen

[1] Daniel Jonathan und Martin B. Plenio. „Verschränkungsunterstützte lokale Manipulation reiner Quantenzustände“. Physik. Rev. Lett. 83, 3566–3569 (1999).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.83.3566

[2] Jens Eisert und Martin Wilkens. „Katalyse der Verschränkungsmanipulation für gemischte Zustände“. Physik. Rev. Lett. 85, 437–440 (2000).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.85.437

[3] Tulja Varun Kondra, Chandan Datta und Alexander Streltsov. „Katalytische Transformationen reiner verschränkter Zustände“. Physik. Rev. Lett. 127, 150503 (2021).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.127.150503

[4] Patryk Lipka-Bartosik und Paul Skrzypczyk. „Katalytische Quantenteleportation“. Physik. Rev. Lett. 127, 080502 (2021).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.127.080502

[5] MA Nielsen. „Bedingungen für eine Klasse von Verschränkungstransformationen“. Physik. Rev. Lett. 83, 436–439 (1999).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.83.436

[6] Guifré Vidal, Daniel Jonathan und MA Nielsen. „Ungefähre Transformationen und robuste Manipulation der bipartiten reinen Zustandsverschränkung“. Physik. Rev. A 62, 012304 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.62.012304

[7] Sumit Daftuar und Matthew Klimesh. „Mathematische Struktur der Verschränkungskatalyse“. Physik. Rev. A 64, 042314 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.042314

[8] Runyao Duan, Yuan Feng, Xin Li und Mingsheng Ying. „Mehrfachkopie-Verschränkungstransformation und Verschränkungskatalyse“. Physik. Rev. A 71, 042319 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.042319

[9] S Turgut. „Katalytische Transformationen für bipartite reine Zustände“. J. Phys. A 40, 12185–12212 (2007).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​40/​40/​012

[10] Matthew Klimesh. „Ungleichungen, die insgesamt die katalytische Majorisierungsbeziehung vollständig charakterisieren“ (2007). arXiv:0709.3680.
arXiv: 0709.3680

[11] Guillaume Aubrun und Ion Nechita. „Katalytische Majorisierung und $ell_p$-Normen“. Komm. Mathematik. Physik. 278, 133–144 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-007-0382-4

[12] Yuval Rishu Sanders und Gilad Gour. „Notwendige Bedingungen für Verschränkungskatalysatoren“. Physik. Rev. A 79, 054302 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.054302

[13] Michael Grabowecky und Gilad Gour. „Grenzen für Verschränkungskatalysatoren“. Physik. Rev. A 99, 052348 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.052348

[14] Rivu Gupta, Arghya Maity, Shiladitya Mal und Aditi Sen(De). „Statistik der Verschränkungstransformation mit Hierarchien zwischen Katalysatoren“. Physik. Rev. A 106, 052402 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.052402

[15] Chandan Datta, Tulja Varun Kondra, Marek Miller und Alexander Streltsov. „Katalyse von Verschränkung und anderen Quantenressourcen“. Berichte über Fortschritte in der Physik 86, 116002 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​acfbec

[16] Seth Lloyd. „Kapazität des verrauschten Quantenkanals“. Physik. Rev. A 55, 1613–1622 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.55.1613

[17] David P. DiVincenzo, Peter W. Shor und John A. Smolin. „Quantenkanalkapazität sehr verrauschter Kanäle“. Physik. Rev. A 57, 830–839 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.830

[18] Howard Barnum, MA Nielsen und Benjamin Schumacher. „Informationsübertragung durch einen verrauschten Quantenkanal“. Physik. Rev. A 57, 4153–4175 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.4153

[19] Benjamin Schumacher und Michael D. Westmoreland. „Quantenprivatsphäre und Quantenkohärenz“. Physik. Rev. Lett. 80, 5695–5697 (1998).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.80.5695

[20] I. Devetak. „Die private klassische Kapazität und Quantenkapazität eines Quantenkanals“. IEEE Transactions on Information Theory 51, 44–55 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2004.839515

[21] Roberto Rubboli und Marco Tomamichel. „Grundlegende Grenzen korrelierter katalytischer Zustandsumwandlungen“. Physik. Rev. Lett. 129, 120506 (2022).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.129.120506

[22] Wim van Dam und Patrick Hayden. „Universelle Verschränkungstransformationen ohne Kommunikation“. Physik. Rev. A 67, 060302 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.67.060302

[23] Karol Życzkowski, Paweł Horodecki, Anna Sanpera und Maciej Lewenstein. „Volumen der Menge separierbarer Zustände“. Physik. Rev. A 58, 883–892 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.58.883

[24] G. Vidal und RF Werner. „Berechenbares Maß der Verschränkung“. Physik. Rev. A 65, 032314 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.032314

[25] Charles H. Bennett, Herbert J. Bernstein, Sandu Popescu und Benjamin Schumacher. „Konzentrierung der teilweisen Verflechtung durch lokale Operationen“. Physik. Rev. A 53, 2046–2052 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.53.2046

[26] V. Vedral, MB Plenio, MA Rippin und PL Knight. „Quantifizierung der Verschränkung“. Physik. Rev. Lett. 78, 2275–2279 (1997).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.78.2275

[27] Ryszard Horodecki, Pawel Horodecki, Michał Horodecki und Karol Horodecki. "Quantenverschränkung". Rev. Mod. Phys. 81, 865–942 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.865

[28] Patryk Lipka-Bartosik und Paul Skrzypczyk. „Alle Zustände sind universelle Katalysatoren in der Quantenthermodynamik“. Physik. Rev. X 11, 011061 (2021).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.11.011061

[29] Tulja Varun Kondra, Chandan Datta und Alexander Streltsov. „Stochastische ungefähre Zustandsumwandlung für Verschränkungs- und allgemeine Quantenressourcentheorien“ (2021). arXiv:2111.12646.
arXiv: 2111.12646

[30] Valentina Baccetti und Matt Visser. „Unendliche Shannon-Entropie“. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 2013, P04010 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1742-5468/​2013/​04/​p04010

[31] Garry Bowen und Nilanjana Datta. „Asymptotische Verschränkungsmanipulation bipartiter reiner Zustände“. IEEE Transactions on Information Theory 54, 3677–3686 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2008.926377

[32] Francesco Buscemi und Nilanjana Datta. „Verschränkung aus willkürlichen Ressourcen destillieren“. Zeitschrift für Mathematische Physik 51, 102201 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.3483717

[33] Stephan Waeldchen, Janina Gertis, Earl T. Campbell und Jens Eisert. „Renormalisierende Verschränkungsdestillation“. Physik. Rev. Lett. 116, 020502 (2016).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.116.020502

[34] CE Shannon. „Eine mathematische Theorie der Kommunikation“. Bell System Technical Journal 27, 379–423 (1948).
https: / / doi.org/ 10.1002 / j.1538-7305.1948.tb01338.x

[35] CE Shannon und W. Weaver. „Die mathematische Theorie der Kommunikation“. University of Illinois Press. (1998). URL: http://www.worldcat.org/​oclc/​967725093.
http://​/​www.worldcat.org/​oclc/​967725093

[36] TM Cover und JA Thomas. „Elemente der Informationstheorie“. John Wiley & Sons, Ltd. (2005).
https: / / doi.org/ 10.1002 / 047174882X

[37] Benjamin Schumacher und MA Nielsen. „Quantendatenverarbeitung und Fehlerkorrektur“. Physik. Rev. A 54, 2629–2635 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.2629

[38] Michał Horodecki, Paweł Horodecki und Ryszard Horodecki. „Einheitlicher Ansatz für Quantenkapazitäten: Auf dem Weg zum quantenverrauschten Codierungssatz“. Physik. Rev. Lett. 85, 433–436 (2000).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.85.433

[39] PW Shor. „Die Quantenkanalkapazität und kohärente Information“. Im MSRI-Workshop zur Quantenberechnung. (2002).

[40] John Watrous. „Theorie der Quanteninformation“. Cambridge University Press. (2018).
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316848142

[41] Nicolas J. Cerf. „Pauli-Klonen eines Quantenbits“. Physik. Rev. Lett. 84, 4497–4500 (2000).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.84.4497

[42] AS Holevo und RF Werner. „Bewertung der Kapazität bosonischer Gaußkanäle“. Physik. Rev. A 63, 032312 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.63.032312

[43] Michael M. Wolf, David Pérez-García und Geza Giedke. „Quantenkapazitäten bosonischer Kanäle“. Physik. Rev. Lett. 98, 130501 (2007).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.98.130501

[44] Graeme Smith, John A. Smolin und Andreas Winter. „Die Quantenkapazität mit symmetrischen Seitenkanälen“. IEEE Transactions on Information Theory 54, 4208–4217 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2008.928269

[45] Francesco Buscemi und Nilanjana Datta. „Die Quantenkapazität von Kanälen mit willkürlich korreliertem Rauschen“. IEEE Transactions on Information Theory 56, 1447–1460 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2009.2039166

[46] Felix Leditzky, Debbie Leung und Graeme Smith. „Quanten- und Privatkapazitäten rauscharmer Kanäle“. Physik. Rev. Lett. 120, 160503 (2018).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.120.160503

[47] Álvaro Cuevas, Massimiliano Proietti, Mario Arnolfo Ciampini, Stefano Duranti, Paolo Mataloni, Massimiliano F. Sacchi und Chiara Macchiavello. „Experimentelle Detektion von Quantenkanalkapazitäten“. Physik. Rev. Lett. 119, 100502 (2017).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.119.100502

[48] Chiara Macchiavello und Massimiliano F. Sacchi. „Untergrenzen der Quantenkanalkapazitäten erkennen“. Physik. Rev. Lett. 116, 140501 (2016).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.116.140501

[49] Noah Davis, Maksim E. Shirokov und Mark M. Wilde. „Energiebeschränkte bidirektional unterstützte Privat- und Quantenkapazitäten von Quantenkanälen“. Physik. Rev. A 97, 062310 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.062310

[50] Laszlo Gyongyosi, Sandor Imre und Hung Viet Nguyen. „Eine Umfrage zu Quantenkanalkapazitäten“. IEEE Communications Surveys Tutorials 20, 1149–1205 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1109/​COMST.2017.2786748

[51] AS Holevo. „Quantenkanalkapazitäten“. Quantenelektronik 50, 440–446 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1070/​qel17285

[52] Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra und Alexander Streltsov. „Katalytische und asymptotische Äquivalenz für Quantenverschränkung“ (2023). arXiv:2305.03488.
arXiv: 2305.03488

[53] Igor Devetak und Andreas Winter. „Destillation des geheimen Schlüssels und der Verschränkung aus Quantenzuständen“. Proz. R. Soc. London. A 461, 207–235 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2004.1372

[54] Matthias Christandl und Andreas Winter. „„Gequetschte Verschränkung“: Eine additive Verschränkungsmaßnahme“. J. Mathe. Physik. 45, 829–840 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1643788

[55] R. Alicki und M. Fannes. „Kontinuität quantenbedingter Informationen“. J. Phys. A 37, L55–L57 (2004).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​37/​5/​l01

[56] Michael Horodecki, Peter W. Shor und Mary Beth Ruskai. „Verschränkung brechende Kanäle“. Rev. Math. Physik. 15, 629–641 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0129055X03001709

[57] Alexander Streltsov, Remigiusz Augusiak, Maciej Demianowicz und Maciej Lewenstein. „Fortschritte auf dem Weg zu einem einheitlichen Ansatz zur Verschränkungsverteilung“. Physik. Rev. A 92, 012335 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.012335

[58] Charles H. Bennett, David P. DiVincenzo, John A. Smolin und William K. Wootters. „Mixed-State-Verschränkung und Quantenfehlerkorrektur“. Physik. Rev. A 54, 3824–3851 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.3824

[59] William K. Wootters. „Verschränkung der Bildung eines willkürlichen Zustands zweier Qubits“. Physik. Rev. Lett. 80, 2245–2248 (1998).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.80.2245

[60] Arijit Dutta, Junghee Ryu, Wiesław Laskowski und Marek Żukowski. „Verschränkungskriterien für die Rauschresistenz von Zwei-Qudit-Zuständen“. Physikbriefe A 380, 2191–2199 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2016.04.043

[61] Remigiusz Augusiak, Maciej Demianowicz und Paweł Horodecki. „Universelle beobachtbare Erkennung aller Zwei-Qubit-Verschränkungen und determinantenbasierte Trennbarkeitstests“. Physik. Rev. A 77, 030301 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.77.030301

[62] Michał Horodecki, Paweł Horodecki und Ryszard Horodecki. „Untrennbare zwei Spin-$frac{1}{2}$-Dichtematrizen können zu einer Singulettform destilliert werden.“ Physik. Rev. Lett. 78, 574–577 (1997).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.78.574

[63] Gilad Gour, Markus P. Müller, Varun Narasimhachar, Robert W. Spekkens und Nicole Yunger Halpern. „Die Ressourcentheorie des Informationsungleichgewichts in der Thermodynamik“. Physikberichte 583, 1–58 (2015).
https://doi.org/ 10.1016/j.physrep.2015.04.003

[64] Fernando Brandão, Michał Horodecki, Nelly Ng, Jonathan Oppenheim und Stephanie Wehner. „Die zweiten Hauptsätze der Quantenthermodynamik“. Proz. Natl. Acad. Wissenschaft. USA 112, 3275–3279 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1411728112

[65] Henrik Wilming, Rodrigo Gallego und Jens Eisert. „Axiomatische Charakterisierung der quantenrelativen Entropie und der freien Energie“. Entropy 19, 241 (2017).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e19060241

[66] Paul Boes, Jens Eisert, Rodrigo Gallego, Markus P. Müller und Henrik Wilming. „Von Neumann Entropie aus Unitarität“. Physik. Rev. Lett. 122, 210402 (2019).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.122.210402

[67] H. Wilming. „Entropie und reversible Katalyse“. Physik. Rev. Lett. 127, 260402 (2021).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.127.260402

[68] Naoto Shiraishi und Takahiro Sagawa. „Quantenthermodynamik der korrelierten-katalytischen Zustandsumwandlung im kleinen Maßstab“. Physik. Rev. Lett. 126, 150502 (2021).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.126.150502

[69] Ivan Henao und Raam Uzdin. „Katalytische Transformationen mit Umgebungen endlicher Größe: Anwendungen auf Kühlung und Thermometrie“. Quantum 5, 547 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-09-21-547

[70] I. Henao und R. Uzdin. „Katalytische Nutzung von Korrelationen und Minderung der Verlustleistung bei der Informationslöschung“. Physik. Rev. Lett. 130, 020403 (2023).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.130.020403

[71] Kaifeng Bu, Uttam Singh und Junde Wu. „Katalytische Kohärenztransformationen“. Physik. Rev. A 93, 042326 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.042326

[72] Alexander Streltsov, Gerardo Adesso und Martin B. Plenio. „Kolloquium: Quantenkohärenz als Ressource“. Rev. Mod. Physik. 89, 041003 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.89.041003

[73] Johan Åberg. „Katalytische Kohärenz“. Physik. Rev. Lett. 113, 150402 (2014).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.113.150402

[74] Joan A. Vaccaro, Sarah Croke und Stephen M. Barnett. „Ist Kohärenz katalytisch?“ J. Phys. A 51, 414008 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1751-8121 / aac112

[75] Matteo Lostaglio und Markus P. Müller. „Kohärenz und Asymmetrie können nicht übertragen werden“. Physik. Rev. Lett. 123, 020403 (2019).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.123.020403

[76] Ryuji Takagi und Naoto Shiraishi. „Korrelation in Katalysatoren ermöglicht willkürliche Manipulation der Quantenkohärenz.“ Physik. Rev. Lett. 128, 240501 (2022).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.128.240501

[77] Priyabrata Char, Dipayan Chakraborty, Amit Bhar, Indrani Chattopadhyay und Debasis Sarkar. „Katalytische Transformationen in der Kohärenztheorie“. Physik. Rev. A 107, 012404 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.107.012404

[78] Chandan Datta, Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra und Alexander Streltsov. „Gibt es in irgendeiner Quantenressourcentheorie einen endlichen vollständigen Satz von Monotonen?“ Physik. Rev. Lett. 130, 240204 (2023).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.130.240204

Zitiert von

[1] Chandan Datta, Tulja Varun Kondra, Marek Miller und Alexander Streltsov, „Katalyse von Verschränkung und anderen Quantenressourcen“, Berichte über Fortschritte in der Physik 86 11, 116002 (2023).

[2] Patryk Lipka-Bartosik, Henrik Wilming und Nelly HY Ng, „Catalysis in Quantum Information Theory“, arXiv: 2306.00798, (2023).

[3] I. Henao und R. Uzdin, „Catalytic Leverage of Correlations and Mitigation of Dissipation in Information Erasure“, Physische Überprüfungsschreiben 130 2, 020403 (2023).

[4] Seok Hyung Lie und Hyunseok Jeong, „Delokalisierte und dynamische katalytische Zufälligkeit und Informationsfluss“, Physische Überprüfung A 107 4, 042430 (2023).

[5] Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra und Alexander Streltsov, „Katalytische und asymptotische Äquivalenz für Quantenverschränkung“, arXiv: 2305.03488, (2023).

[6] Elia Zanoni, Thomas Theurer und Gilad Gour, „Complete Characterization of Entanglement Embezzlement“, arXiv: 2303.17749, (2023).

[7] Chandan Datta, Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra und Alexander Streltsov, „Is There a Finite Complete Set of Monotones in Any Quantum Resource Theory?“, Physische Überprüfungsschreiben 130 24, 240204 (2023).

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