1Fysiikan laitos, Duke University, Durham, North Carolina, USA 27708
2Kvanttitieto- ja viestintäkeskus, Ecole polytechnique de Bruxelles, CP 165, Bruxellesin yliopiston kirjallinen kirjasto, 1050 Bryssel, Belgia
Onko tämä artikkeli mielenkiintoinen vai haluatko keskustella? Scite tai jätä kommentti SciRate.
Abstrakti
Käsittelemme sotkeutumisavusteisen yhden laukauksen klassisen viestinnän ongelmaa. Nollavirhejärjestelmässä sotkeutuminen voi lisätä klassisten kanavien perheen kertaluontoista nollavirhekapasiteettia Cubittin et ai., Phys. Rev. Lett. 104, 230503 (2010). Tämä strategia käyttää Kochen-Speckerin lausetta, jota voidaan soveltaa vain projektiivisiin mittauksiin. Sellaisenaan tämä strategia ei voi lisätä kapasiteettia meluisten tilojen ja/tai mittausten tilassa. Yleisesti meluisten tilanteiden huomioon ottamiseksi tutkimme kertaluontoisen onnistumisen todennäköisyyden lähettää kiinteä määrä klassisia viestejä. Osoitamme, että valmistelukontekstuaalisuus lisää kvanttietua tässä tehtävässä, mikä kasvattaa kertaluontoisen onnistumistodennäköisyyden yli sen klassisen maksimin. Hoitomme ulottuu Cubittin et al. ja sisältää esimerkiksi kokeellisesti toteutetun protokollan julkaisusta Prevedel et ai., Phys. Rev. Lett. 106, 110505 (2011). Näytämme sitten tämän viestintätehtävän ja vastaavan ei-paikallisen pelin välisen kartoituksen. Tämä kartoitus yleistää yhteyden pseudotelepatiapeleihin, jotka on aiemmin todettu nolla-error-tapauksessa. Lopuksi, motivoimalla rajoitusta, jota kutsumme nimellä $textit{kontekstista riippumaton arvaus}$, osoitamme, että kontekstuaalisuus, jota todistavat R. Kunjwalissa, Quantum 4, 219 (2020) saadut kohinan vahvat ei-kontekstuaalisuuden epäyhtälöt, riittää parantamaan yksi- laukauksen onnistumisen todennäköisyys. Tämä antaa toiminnallisen merkityksen näille epäyhtälöille ja niihin liittyvälle hypergraafiinvariantille, painotetulle max-ennustettavuudelle, joka on esitelty julkaisussa R. Kunjwal, Quantum 3, 184 (2019). Tuloksemme osoittavat, että sotkeutumisavusteisen yhden laukauksen klassisen viestinnän tehtävä tarjoaa hedelmällisen maaperän tutkia Kochen-Specker-lauseen, Spekkensin kontekstuaalisuuden ja Bellin epälokaalisuuden vuorovaikutusta.
Suositeltu kuva: Kuva sotkeutumisavusteisesta yhden laukauksen klassisesta viestintäprotokollasta.
[Upotetun sisällön]
Suosittu yhteenveto
Tarkemmin sanottuna tutkimme seuraavaa viestintäongelmaa: Alice (lähettäjä) on yhteydessä Bobiin (vastaanotin) kohinaisen klassisen kanavan kautta. He saavat pääsyn jaettuun sotkeutumiseen ja voivat toteuttaa paikallisia kvantimittauksia. Tiedetään, että tietyn Kochen-Specker-lauseen inspiroima klassisten kanavien perheessä niiden viestien määrää, jotka voidaan lähettää ilman virhettä klassisen kanavan yli (eli sen yhden laukauksen nollavirhekapasiteetti), voidaan lisätä pääsyllä. yhteiseen sotkeutumiseen. Tämä nolla-virhetulos johtuu Cubitt et al. [Fys. Rev. Lett. 104, 230503 (2010)] liittyy myös läheisesti ei-paikallisiin peleihin, jotka tunnetaan pseudotelepatiapeleinä ja jotka hyväksyvät täydelliset kvanttivoittostrategiat.
Tutkimme tätä viestintäongelmaa meluisessa järjestelmässä, jossa Kochen-Speckerin lause ei sovellu. Näin toimimalla osoitamme tämän ongelman intiimin yhteyden kohinavahvan kontekstuaalisuuteen Spekkensin ehdottamassa muotoilussa [Phys. Rev. A 71, 052108 (2005)] ja kommunikaatioongelman inspiroima ei-paikallinen peliperhe. Olettaen, että osapuolet eivät luota klassiseen kanavaan liittyviin todennäköisyyksiin, vaan luottavat vain sen posibilistiseen rakenteeseen (koodattu kanavan hypergraafiin), osoitamme myös, että hypergraafiinvariantin todistama kohinarobusti kontekstuaalisuus riittää kvanttiedun saavuttamiseen. tämä tehtävä. Tämä antaa toiminnallisen merkityksen kontekstuaalisuuden todistajille, jotka on saatu julkaisussa R. Kunjwal, Quantum 4, 219 (2020).
► BibTeX-tiedot
► Viitteet
[1] JS Bell, On the Einstein-Podolsky-Rosen paradox, Physics 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195
[2] JF Clauser, MA Horne, A. Shimony ja RA Holt, ehdotettu koe paikallisten piilotettujen muuttujien teorioiden testaamiseksi, Phys. Lett. 23, 880 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880
[3] S. Kochen ja EP Specker, The Problem of Hidden Variables in Quantum Mechanics, teoksessa The logico-algebraic approach to quantum mechanics (Springer, 1975), s. 293–328.
https://doi.org/10.1007/978-94-010-1795-4_17
[4] R. Renner ja S. Wolf, Quantum pseudo-telepathy and the Kochen-Specker theorem, International Symposium on Information Theory, 2004. ISIT 2004. Proceedings. (IEEE, 2004) s. 322–322.
https: / / doi.org/ 10.1109 / ISIT.2004.1365359
[5] G. Brassard, A. Broadbent ja A. Tapp, Quantum pseudo-telepathy, Foundations of Physics 35, 1877 (2005).
https://doi.org/10.1007/s10701-005-7353-4
[6] TS Cubitt, D. Leung, W. Matthews ja A. Winter, Parannetaan Zero-Error Classical Communication with Entanglement, Phys. Rev. Lett. 104, 230503 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.230503
[7] M. Howard, J. Wallman, V. Veitch ja J. Emerson, Contextuality tarjoaa "taikaa" kvanttilaskentaan, Nature 510, 351 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature13460
[8] J. Barrett ja A. Kent, Ei-kontekstuaalisuus, äärellinen tarkkuusmittaus ja Kochen-Speckerin lause, Studies in History and Philosophy of Science Osa B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics 35, 151 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.shpsb.2003.10.003
[9] A. Winter, Mitä kvanttikontekstuaalisuuden kokeellinen testi todistaa tai kumoaa?, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 47, 424031 (2014).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/47/42/424031
[10] R. Kunjwal, Beyond the Cabello-Severini-Winter -kehys: kontekstuaalisuuden ymmärtäminen ilman mittausten terävyyttä, Quantum 3, 184 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-09-184
[11] A. Cabello, Mitä opimme kvanttiteoriasta Kochen-Speckerin kvanttikontekstuaalisuudesta?, PIRSA 17070034 (2017).
https: / / doi.org/ 10.48660 / +17070034
[12] G. Chiribella ja X. Yuan, Mittauksen terävyys leikkaa ei-lokaliteettia ja kontekstuaalisuutta jokaisessa fysikaalisessa teoriassa, arXiv preprint arXiv:1404.3348 (2014).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1404.3348
arXiv: 1404.3348
[13] RW Spekkens, valmisteiden, muunnosten ja terävien mittausten kontekstuaalisuus, Phys. Ilm. A 71, 052108 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.052108
[14] MD Mazurek, MF Pusey, R.Kunjwal, KJ Resch ja RW Spekkens, Kokeellinen testi ei -kontekstuaalisuudesta ilman epäfyysisiä idealisointeja, Nature Communications 7, 1 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms11780
[15] MF Pusey, L. Del Rio ja B. Meyer, Kontekstuaalisuus ilman pääsyä tomografisesti täydelliseen sarjaan, arXiv preprint arXiv:1904.08699 (2019).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1904.08699
arXiv: 1904.08699
[16] MD Mazurek, MF Pusey, KJ Resch ja RW Spekkens, kokeellisesti rajoittavat poikkeamat kvanttiteoriasta yleistettyjen todennäköisyysteorioiden maisemissa, PRX Quantum 2, 020302 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020302
[17] R. Kunjwal ja RW Spekkens, Kochen-Speckerin lauseesta ei-kontekstuaalisuuteen epäyhtälöihin ilman determinismia, Phys. Rev. Lett. 115, 110403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.110403
[18] R. Kunjwal ja RW Spekkens, Kochen-Speckerin lauseen tilastollisista todisteista kohina-robusteihin ei-kontekstuaalisuuden epäyhtälöihin, Phys. Rev. A 97, 052110 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.052110
[19] RW Spekkens, DH Buzacott, AJ Keehn, B. Toner ja GJ Pryde, Preparation Contextualality Powers-Oblivious Multiplexing, Phys. Tohtori Lett. 102, 010401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.010401
[20] A. Chailloux, I. Kerenidis, S. Kundu ja J. Sikora, Optimal bounds for parity-oblivious random access codes, New Journal of Physics 18, 045003 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/4/045003
[21] D. Schmid ja RW Spekkens, Contextual Advantage for State Discrimination, Phys. Rev. X 8, 011015 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.011015
[22] D. Saha ja A. Chaturvedi, Preparation kontekstuaalisuus olennaisena piirteenä kvanttiviestinnän edun taustalla, Phys. Rev. A 100, 022108 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022108
[23] D. Saha, P. Horodecki ja M. Pawłowski, Valtion riippumaton kontekstuaalisuus edistää yksisuuntaista viestintää, New Journal of Physics 21, 093057 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab4149
[24] R. Kunjwal, M. Lostaglio ja MF Pusey, Epänormaalit heikot arvot ja kontekstuaalisuus: kestävyys, tiiviys ja kuvitteelliset osat, Phys. Rev. A 100, 042116 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.042116
[25] M. Lostaglio ja G. Senno, Kontekstuaalinen etu tilariippuvaan kloonaukseen, Quantum 4, 258 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-04-27-258
[26] R. Kunjwal, Kontekstuaalisuus Kochen-Specker-lauseen ulkopuolella, arXiv preprint arXiv:1612.07250 (2016).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1612.07250
arXiv: 1612.07250
[27] R. Kunjwal, Hypergraph-kehys redusoitumattomille ei-kontekstuaalisuuden epäyhtälöille Kochen-Speckerin lauseen loogisista todisteista, Quantum 4, 219 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-01-10-219
[28] R. Prevedel, Y. Lu, W. Matthews, R. Kaltenbaek ja KJ Resch, Entanglement-Enhanced Classical Communication Over a Noisy Classical Channel, Phys. Rev. Lett. 106, 110505 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.110505
[29] B. Hemenway, CA Miller, Y. Shi ja M. Wootters, Optimaalinen sotkeutumisavusteinen yhden laukauksen klassinen viestintä, Phys. Rev. A 87, 062301 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.062301
[30] J. Barrett, Tietojenkäsittely yleistetyissä todennäköisyysteorioissa, Phys. Ilm. 75, 032304 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032304
[31] A. Acín, T. Fritz, A. Leverrier ja AB Sainz, A Combinatoral Approach to Nonlocality and Contextuality, Communications in Mathematical Physics 334, 533 (2015).
https://doi.org/10.1007/s00220-014-2260-1
[32] RW Spekkens, Empiiristen havaitsemattomien ontologinen identiteetti: Leibnizin metodologinen periaate ja sen merkitys Einsteinin työssä, arXiv preprint arXiv:1909.04628 (2019).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1909.04628
arXiv: 1909.04628
[33] E. Wolfe, D. Schmid, AB Sainz, R. Kunjwal ja RW Spekkens, Quantifying Bell: The Resource Theory of Nonclassicality of Common-Cause Boxes, Quantum 4, 280 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-06-08-280
[34] MF Pusey, Vankka valmistelu nonkontekstuaalisuuden epätasa-arvo yksinkertaisimmassa skenaariossa, Phys. Rev. A 98, 022112 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.022112
[35] A. Tavakoli ja R. Uola, Mittausten yhteensopimattomuus ja ohjaus ovat välttämättömiä ja riittäviä toimintaympäristön kannalta, Phys. Tutkimus 2, 013011 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013011
[36] MS Leifer ja OJE Maroney, Maximally Epistemic Interpretations of the Quantum State and Contextuality, Phys. Rev. Lett. 110, 120401 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.120401
[37] LP Hughston, R. Jozsa ja WK Wootters, Täydellinen luokitus kvanttiryhmistä, joilla on tietty tiheysmatriisi, Physics Letters A 183, 14 (1993).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(93)90880-9
[38] M. Banik, SS Bhattacharya, SK Choudhary, A. Mukherjee ja A. Roy, Ontologiset mallit, valmistelun kontekstuaalisuus ja epäpaikallisuus, Foundations of Physics 44, 1230 (2014).
https://doi.org/10.1007/s10701-014-9839-4
[39] P. Heywood ja ML Redhead, Nonlocality and the Kochen-Specker paradox, Foundations of Physics 13, 481 (1983).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF00729511
[40] N. Brunner, D. Cavalcanti, S. Pironio, V. Scarani ja S. Wehner, Bell nonlocality, Rev. Mod. Phys. 86, 419 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
[41] S. Popescu ja D. Rohrlich, Quantum nonlocality as an axiom, Foundations of Physics 24, 379 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098
[42] A. Peres, Kaksi yksinkertaista todistetta Kochen-Speckerin lauseesta, Journal of Physics A: Mathematical and General 24, L175 (1991).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/24/4/003
[43] A. Peres, Kvanttimittausten yhteensopimattomat tulokset, Physics Letters A 151, 107 (1990).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(90)90172-K
[44] ND Mermin, Piilotetut muuttujat ja kaksi lausetta John Bell, Rev. Mod. Phys. 65, 803 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.65.803
[45] A. Peres, Kvanttiteoria: käsitteet ja menetelmät, Voi. 57 (Springer Science & Business Media, 2006).
https://doi.org/10.1007/0-306-47120-5
[46] AA Klyachko, MA Can, S. Binicioğlu ja AS Shumovsky, Simple Test for Hidden Variables in Spin-1 Systems, Phys. Rev. Lett. 101, 020403 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.101.020403
[47] S. Uijlen ja B. Westerbaan, Kochen-Specker-järjestelmässä on vähintään 22 vektoria, New Generation Computing 34, 3 (2016).
https://doi.org/10.1007/s00354-016-0202-5
[48] F. Arends, Pienimmän Kochen-Specker-vektorijärjestelmän koon alaraja, Pro gradu, Oxford University (2009).
http: / / www.cs.ox.ac.uk/ henkilöä / joel.ouaknine / lataa / arends09.pdf
[49] R. Kunjwal, C. Heunen ja T. Fritz, mielivaltaisten yhteismittausrakenteiden kvanttirealization, Phys. Rev. A 89, 052126 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.052126
[50] N. Andrejic ja R. Kunjwal, Kubittimittauksilla toteutettavissa olevat yhteismittausrakenteet: Yhteensopimattomuus marginaalikirurgian kautta, Phys. Rev. Research 2, 043147 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043147
[51] R. Kunjwal ja S. Ghosh, Minimaalinen tilariippuvainen todiste mittauskontekstuaalisuudesta kubitille, Phys. Rev. A 89, 042118 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.042118
[52] X. Zhan, EG Cavalcanti, J. Li, Z. Bian, Y. Zhang, HM Wiseman ja P. Xue, Experimental generalised kontekstuality with single-photon qubits, Optica 4, 966 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.4.000966
[53] I. Marvian, Kvanttijärjestelmien todennäköisyysmalleissa oleva tieto, ei-kontekstuaalisuuden epätasa-arvo ja kontekstuaalisuuden kohinakynnykset, arXiv preprint arXiv:2003.05984 (2020).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2003.05984
arXiv: 2003.05984
[54] TS Cubitt, D. Leung, W. Matthews ja A. Winter, Zero-error-kanavan kapasiteetti ja simulointi ei-paikallisten korrelaatioiden avustamana, IEEE Transactions on Information Theory 57, 5509 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2011.2159047
[55] CE Shannon, Huomautus viestintäkanavien osittaisesta tilauksesta, Tiedot ja ohjaus 1, 390 (1958).
https://doi.org/10.1016/S0019-9958(58)90239-0
[56] D. Schmid, TC Fraser, R. Kunjwal, AB Sainz, E. Wolfe ja RW Spekkens, Sotkeutumisen ja epäpaikallisuuden vuorovaikutuksen ymmärtäminen: sotkeutumisteorian uuden haaran motivointi ja kehittäminen, arXiv preprint arXiv:2004.09194 (2020).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2004.09194
arXiv: 2004.09194
[57] L. Hardy, Epälokaliteetti kahdelle hiukkaselle ilman eriarvoisuutta lähes kaikille kietoutuneille tiloille, Phys. Rev. Lett. 71, 1665 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.71.1665
[58] A. Cabello, J. Estebaranz ja G. García-Alcaine, Bell-Kochen-Speckerin lause: Todistus 18 vektorilla, Physics Letters A 212, 183 (1996).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(96)00134-X
Viitattu
[1] Victor Gitton ja Mischa P. Woods, "Yleisen ei-kontekstuaalisen järjestelmän porsaanreiästä", arXiv: 2209.04469.
[2] Lorenzo Catani, Matthew Leifer, David Schmid ja Robert W. Spekkens, "Miksi interferenssiilmiöt eivät käsitä kvanttiteorian ydintä", arXiv: 2111.13727.
[3] John H. Selby, Elie Wolfe, David Schmid ja Ana Belén Sainz, "Avoimen lähdekoodin lineaarinen ohjelma ei-klassismin testaamiseen", arXiv: 2204.11905.
[4] David Schmid, Haoxing Du, John H. Selby ja Matthew F. Pusey, "Uniqueness of Noncontextual Models for Stabilizer Subtheories", Fyysisen arvioinnin kirjeet 129 12, 120403 (2022).
[5] John H. Selby, David Schmid, Elie Wolfe, Ana Belén Sainz, Ravi Kunjwal ja Robert W. Spekkens, "Kontekstuaalisuus ilman yhteensopimattomuutta", arXiv: 2106.09045.
[6] Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Roope Uola ja Alastair A. Abbott, "Kontekstuaalisten korrelaatioiden rajoittaminen ja simulointi kvanttiteoriassa", PRX Quantum 2 2, 020334 (2021).
[7] John H. Selby, David Schmid, Elie Wolfe, Ana Belén Sainz, Ravi Kunjwal ja Robert W. Spekkens, "Saatavat fragmentit yleistetyistä todennäköisyysteorioista, kartioekvivalenssi ja sovellukset ei-klassismin todistamiseen", arXiv: 2112.04521.
[8] Lorenzo Catani ja Matthew Leifer, "Matemaattinen viitekehys toiminnallisille hienosäädöille", arXiv: 2003.10050.
[9] Victoria J Wright ja Ravi Kunjwal, "Kontekstuaalisuus komposiittijärjestelmissä: sotkeutumisen rooli Kochen-Speckerin teoreemassa", arXiv: 2109.13594.
[10] Anubhav Chaturvedi, Máté Farkas ja Victoria J Wright, "Kvanttikäyttäytymisjoukkojen luonnehtiminen ja rajoittaminen kontekstuaalisuusskenaarioissa", arXiv: 2010.05853.
[11] Lorenzo Catani, Ricardo Faleiro, Pierre-Emmanuel Emeriau, Shane Mansfield ja Anna Pappa, "XOR- ja XOR*-pelien yhdistäminen", arXiv: 2210.00397.
Yllä olevat sitaatit ovat peräisin SAO: n ja NASA: n mainokset (viimeksi päivitetty onnistuneesti 2022-10-14 04:01:02). Lista voi olla puutteellinen, koska kaikki julkaisijat eivät tarjoa sopivia ja täydellisiä viittaustietoja.
On Crossrefin siteerattu palvelu tietoja teosten viittaamisesta ei löytynyt (viimeinen yritys 2022-10-14 04:01:00).
Tämä kirja on julkaistu Quantum - lehdessä Creative Commons Nimeäminen 4.0 Kansainvälinen (CC BY 4.0) lisenssin. Tekijänoikeudet säilyvät alkuperäisillä tekijänoikeuksien haltijoilla, kuten tekijöillä tai heidän instituutioillaan.
