Cuantificación de recursos basada en la distancia para conjuntos de mediciones cuánticas

Cuantificación de recursos basada en la distancia para conjuntos de mediciones cuánticas

Lucas Tendick1, Martín Kliesch1,2, Hermann Kampermann1y Dagmar Bruß1

1Instituto de Física Teórica, Universidad Heinrich Heine Düsseldorf, D-40225 Düsseldorf, Alemania
2Instituto de Inspiración Cuántica y Optimización Cuántica, Universidad Tecnológica de Hamburgo, D-21079 Hamburgo, Alemania

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Resumen

La ventaja que los sistemas cuánticos brindan para ciertas tareas de procesamiento de información cuántica sobre sus contrapartes clásicas puede cuantificarse dentro del marco general de las teorías de recursos. Ciertas funciones de distancia entre estados cuánticos se han utilizado con éxito para cuantificar recursos como el entrelazamiento y la coherencia. Quizás sorprendentemente, este enfoque basado en la distancia no se ha adoptado para estudiar los recursos de las mediciones cuánticas, donde en su lugar se utilizan otros cuantificadores geométricos. Aquí, definimos funciones de distancia entre conjuntos de medidas cuánticas y mostramos que naturalmente inducen monótonos de recursos para teorías de medidas de recursos convexos. Al centrarnos en una distancia basada en la norma del diamante, establecemos una jerarquía de recursos de medición y derivamos límites analíticos sobre la incompatibilidad de cualquier conjunto de mediciones. Mostramos que estos límites son estrechos para ciertas medidas proyectivas basadas en bases mutuamente imparciales e identificamos escenarios en los que diferentes recursos de medición alcanzan el mismo valor cuando se cuantifican mediante nuestro recurso monótono. Nuestros resultados proporcionan un marco general para comparar recursos basados ​​en la distancia para conjuntos de mediciones y nos permiten obtener limitaciones en los experimentos tipo Bell.

Las tecnologías cuánticas permiten mejoras dramáticas sobre los enfoques convencionales en diferentes tareas en los campos de computación, detección y criptografía. Identificar qué propiedades hacen que los sistemas cuánticos sean más poderosos que sus contrapartes clásicas promete futuras mejoras. A diferencia de los sistemas clásicos, el estado de un sistema cuántico no se puede observar directamente en su totalidad. En cambio, una medición cuántica cambia el estado de un sistema cuántico y solo produce resultados probabilísticos. Para lograr las ventajas cuánticas deseadas, a menudo es necesario diseñar cuidadosamente esquemas de medición sofisticados, que involucran conjuntos de diferentes configuraciones de medición. Por lo tanto, es importante caracterizar qué tan útil es un conjunto determinado de configuraciones de medición para una tarea determinada. El objetivo de las teorías de los recursos es cuantificar dicha utilidad dependiente de la tarea de forma sistemática. Una de las características más famosas de las mediciones cuánticas, observada por primera vez por Heisenberg, es que ciertos conjuntos de configuraciones de medición, en marcado contraste con la física clásica, no se pueden medir simultáneamente. Inicialmente considerada como un inconveniente, esta incompatibilidad de las mediciones cuánticas se encuentra en el corazón de muchas tareas de procesamiento de información cuántica. Por ejemplo, es necesario emplear estas medidas cuánticas incompatibles para revelar que los sistemas cuánticos pueden exhibir correlaciones mucho más fuertes que cualquier sistema clásico, lo que permite ventajas cuánticas en los dispositivos de comunicación y criptografía. Nuestro trabajo proporciona nuevos métodos para cuantificar recursos para conjuntos de medidas de forma unificada. Esto nos permite no solo cuantificar la incompatibilidad de conjuntos de mediciones cuánticas, sino también establecer una jerarquía que relacione esta incompatibilidad con varios otros recursos de medición importantes.

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Citado por

[1] Lucas Tendick, Hermann Kampermann y Dagmar Bruß, "Distribución de la incompatibilidad cuántica entre subconjuntos de medidas", arXiv: 2301.08670, (2023).

Las citas anteriores son de ANUNCIOS SAO / NASA (última actualización exitosa 2023-05-17 12:02:07). La lista puede estar incompleta ya que no todos los editores proporcionan datos de citas adecuados y completos.

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