1Fizikai Tanszék, Duke Egyetem, Durham, Észak-Karolina, USA 27708
2Kvantuminformációs és Kommunikációs Központ, Ecole polytechnique de Bruxelles, CP 165, Université libre de Bruxelles, 1050 Brüsszel, Belgium
Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.
Absztrakt
Az összefonódás-asszisztált egy-lövés klasszikus kommunikáció problémáját vizsgáljuk. A nulla hibaüzemben az összefonódás növelheti a klasszikus csatornák családjának egyszeri zéró hiba kapacitását Cubitt és munkatársai, Phys. Rev. Lett. 104, 230503 (2010). Ez a stratégia a Kochen-Specker-tételt használja, amely csak projektív mérésekre alkalmazható. Mint ilyen, zajos állapotok és/vagy mérések esetén ez a stratégia nem tudja növelni a kapacitást. Az általánosan zajos helyzetek megoldása érdekében megvizsgáljuk, hogy egy adott számú klasszikus üzenet elküldésének egyszeri sikeressége van. Megmutatjuk, hogy a felkészülési kontextualitás növeli a kvantumelőnyt ebben a feladatban, növelve az egyszeri siker valószínűségét a klasszikus maximumon. Kezeléseink túlmutatnak Cubitt et al. és magában foglalja például Prevedel és munkatársai kísérletileg megvalósított protokollját, Phys. Rev. Lett. 106, 110505 (2011). Ezután bemutatunk egy leképezést a kommunikációs feladat és a megfelelő nem helyi játék között. Ez a leképezés általánosítja a kapcsolatot a pszeudotelepátiás játékokkal, amelyeket korábban a nulla hiba esetén észleltünk. Végül egy megszorítás motiválása után, amelyet $textit{kontextusfüggetlen találgatás}$-nak nevezünk, megmutatjuk, hogy a kontextualitás, amelyről a zaj-robusztus nem kontextualitási egyenlőtlenségek tanúskodnak, R. Kunjwal, Quantum 4, 219 (2020), elegendő az egy- lövés sikerének valószínűsége. Ez operatív jelentést ad ezeknek az egyenlőtlenségeknek és a kapcsolódó hipergráf-invariánsnak, a súlyozott max-megjósolhatóságnak, amelyet R. Kunjwal, Quantum 3, 184 (2019) mutat be. Eredményeink azt mutatják, hogy az összefonódást segítő egylövéses klasszikus kommunikációs feladat termékeny alapot biztosít a Kochen-Specker-tétel, a Spekkens-kontextualitás és a Bell-nonlokalitás kölcsönhatásának tanulmányozásához.
Kiemelt kép: Az összefonódást segítő, egyszeri klasszikus kommunikációs protokoll illusztrációja.
[Beágyazott tartalmat]
Népszerű összefoglaló
Konkrétan a következő kommunikációs problémát vizsgáljuk: Alice (a küldő) egy zajos klasszikus csatornán keresztül kapcsolódik Bobhoz (a vevőhöz). Hozzáférhetnek a megosztott összefonódáshoz, és helyi kvantumméréseket hajthatnak végre. Ismeretes, hogy a Kochen-Specker-tétel által ihletett klasszikus csatornák egy bizonyos családja esetében a klasszikus csatornán keresztül hibamentesen elküldhető üzenetek száma (azaz egyszeri zéró hiba kapacitás) növelhető hozzáféréssel. a közös összefonódáshoz. Ez a nulla hiba eredmény Cubitt és munkatársai által. [Phys. Rev. Lett. 104, 230503 (2010)] szintén szorosan kapcsolódik a nem helyi játékokhoz, amelyeket pszeudotelepátiás játékoknak neveznek, és amelyek tökéletes kvantumnyerési stratégiákat tesznek lehetővé.
Ezt a kommunikációs problémát zajos rendszerben vizsgáljuk, ahol a Kochen-Specker-tétel nem alkalmazható. Ennek során megmutatjuk ennek a problémának a bensőséges összefüggését a zaj-robusztus kontextualitással a Spekkens által javasolt megfogalmazásban [Phys. Rev. A 71, 052108 (2005)] és a kommunikációs probléma által ihletett nem helyi játékcsaláddal. Feltételezve, hogy a felek nem bíznak a klasszikus csatornához tartozó valószínűségekben, hanem csak a lehetséges (a csatornahipergráfban kódolt) struktúrában bíznak, azt is megmutatjuk, hogy a hipergráf-invariáns által tanúsított zajrobusztus kontextualitás elegendő a kvantumelőnyhöz. ez a feladat. Ez operatív jelentést ad a kontextualitás tanúinak, amelyeket R. Kunjwal, Quantum 4, 219 (2020) szereztek.
► BibTeX adatok
► Referenciák
[1] J. S. Bell: Az Einstein-Podolsky-Rosen paradoxonról, Physics 1, 195 (1964).
https:///doi.org/10.1103/PhysicsPhysiqueFizika.1.195
[2] JF Clauser, MA Horne, A. Shimony és RA Holt, Proposed Experiment to Test Local Hidden-Variable Theories, Phys. Rev. Lett. 23, 880 (1969)].
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.23.880
[3] S. Kochen és E. P. Specker, The Problem of Hidden Variables in Quantum Mechanics, The logico-algebraic approach to quantum mechanics (Springer, 1975) 293–328.
https://doi.org/10.1007/978-94-010-1795-4_17
[4] R. Renner és S. Wolf, Quantum pszeudo-telepathy and the Kochen-Specker-tétel, International Symposium on Information Theory, 2004. ISIT 2004. Proceedings. (IEEE, 2004) 322–322.
https:///doi.org/10.1109/ISIT.2004.1365359
[5] G. Brassard, A. Broadbent és A. Tapp, Quantum pseudo-telepathy, Foundations of Physics 35, 1877 (2005).
https://doi.org/10.1007/s10701-005-7353-4
[6] T. S. Cubitt, D. Leung, W. Matthews és A. Winter, Improving 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, and J. Emerson, Contextuality supplies the `magic’ for quantum computation, Nature 510, 351 (2014).
https:///doi.org/10.1038/nature13460
[8] J. Barrett és A. Kent, Nem kontextualitás, véges precíziós mérés és a Kochen-Specker-tétel, Studies in History and Philosophy of Science, B rész: Studies in History and Philosophy of Modern Physics 35, 151 (2004).
https:///doi.org/10.1016/j.shpsb.2003.10.003
[9] A. Winter, Mit bizonyít vagy cáfol a kvantumkontextualitás kísérleti tesztje?, 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 keretrendszer: A kontextualitás érzékeltetése a mérések élessége nélkül, Quantum 3, 184 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-09-184
[11] A. Cabello, Mit tanulunk a kvantumelméletről a Kochen-Specker kvantumkontextualitásból?, PIRSA 17070034 (2017).
https:///doi.org/10.48660/17070034
[12] G. Chiribella és X. Yuan: A mérés élessége minden fizikai elméletben csökkenti a nem lokalitást és a kontextualitást, arXiv preprint arXiv:1404.3348 (2014).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1404.3348
arXiv: 1404.3348
[13] RW Spekkens, Kontextualitás előkészítésekhez, transzformációkhoz és éles mérésekhez, Phys. Rev. A 71, 052108 (2005).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.71.052108
[14] M. D. Mazurek, M. F. Pusey, R. Kunjwal, K. J. Resch és R. W. Spekkens, A non-kontextualitás kísérleti tesztje nem fizikai idealizációk nélkül, Nature Communications 7, 1 (2016).
https:///doi.org/10.1038/ncomms11780
[15] M. F. Pusey, L. Del Rio és B. Meyer, Kontextualitás tomográfiailag teljes készlethez való hozzáférés nélkül, arXiv preprint arXiv:1904.08699 (2019).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1904.08699
arXiv: 1904.08699
[16] MD Mazurek, MF Pusey, KJ Resch és RW Spekkens, Kvantumelmélettől való kísérletileg határos eltérések az általánosított valószínűségi elméletek környezetében, PRX Quantum 2, 020302 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.020302
[17] R. Kunjwal és R. W. Spekkens, A Kochen-Specker-tételtől a nem kontextualitási egyenlőtlenségekig determinizmus feltételezése nélkül, Phys. Rev. Lett. 115, 110403 (2015).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.110403
[18] R. Kunjwal és R. W. Spekkens: A Kochen-Specker-tétel statisztikai bizonyításaitól a zaj-robusztus non-kontextualitási egyenlőtlenségekig, Phys. Rev. A 97, 052110 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.97.052110
[19] RW Spekkens, DH Buzacott, AJ Keehn, B. Toner és GJ Pryde, Preparation Contextuality Powers Parity-Oblivious Multiplexing, Phys. Rev. Lett. 102, 010401 (2009).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.010401
[20] A. Chailloux, I. Kerenidis, S. Kundu és J. Sikora, Optimal bounds for parity-oblibvious random access codes, New Journal of Physics 18, 045003 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/4/045003
[21] D. Schmid és R. W. Spekkens, Contextual Advantage for State Discrimination, Phys. Rev. X 8, 011015 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.8.011015
[22] D. Saha és A. Chaturvedi, A preparációs kontextualitás mint a kvantumkommunikációs előny alapvető jellemzője, Phys. Rev. A 100, 022108 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.022108
[23] D. Saha, P. Horodecki és M. Pawłowski: Az államfüggetlen kontextualitás elősegíti az egyirányú kommunikációt, New Journal of Physics 21, 093057 (2019).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/ab4149
[24] R. Kunjwal, M. Lostaglio és M. F. Pusey, Rendellenes gyenge értékek és kontextualitás: Robusztusság, feszesség és képzeletbeli részek, Phys. Rev. A 100, 042116 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.042116
[25] M. Lostaglio és G. Senno, Kontextuális előny az állapotfüggő klónozáshoz, Quantum 4, 258 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-04-27-258
[26] R. Kunjwal, Kontextualitás a Kochen-Specker-tételen túl, arXiv preprint arXiv:1612.07250 (2016).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1612.07250
arXiv: 1612.07250
[27] R. Kunjwal, Hipergráf keretrendszer irreducibilis non-kontextualitási egyenlőtlenségekhez a Kochen-Specker-tétel logikai bizonyításaiból, Quantum 4, 219 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-01-10-219
[28] R. Prevedel, Y. Lu, W. Matthews, R. Kaltenbaek és K. J. 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, C. A. Miller, Y. Shi és M. Wootters, Optimális összefonódás-asszisztált egy-lövés klasszikus kommunikáció, Phys. Rev. A 87, 062301 (2013).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.87.062301
[30] J. Barrett, Információfeldolgozás az általánosított valószínűségi elméletekben, Phys. Rev. A 75, 032304 (2007).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.75.032304
[31] A. Acín, T. Fritz, A. Leverrier és A. B. Sainz: A nemlokalitás és kontextualitás kombinatorikus megközelítése, Communications in Mathematical Physics 334, 533 (2015).
https://doi.org/10.1007/s00220-014-2260-1
[32] R. W. Spekkens, The ontological identity of empirical indiscernibles: Leibniz’s methodological principle and its significance in the work of Einstein, arXiv preprint arXiv:1909.04628 (2019).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1909.04628
arXiv: 1909.04628
[33] E. Wolfe, D. Schmid, A. B. Sainz, R. Kunjwal és R. W. 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] M. F. Pusey, Robusztus előkészítés non-kontextuális egyenlőtlenségei a legegyszerűbb forgatókönyvben, Phys. Rev. A 98, 022112 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.98.022112
[35] A. Tavakoli és R. Uola, A mérési inkompatibilitás és a kormányzás szükséges és elégséges a működési kontextualitáshoz, Phys. Rev. Research 2, 013011 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.013011
[36] M. S. Leifer és O. J. E. 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] L. P. Hughston, R. Jozsa és W. K. Wootters: Adott sűrűségű mátrixú kvantumegyüttesek teljes osztályozása, Physics Letters A 183, 14 (1993).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(93)90880-9
[38] M. Banik, S. S. Bhattacharya, S. K. Choudhary, A. Mukherjee és A. Roy, Ontológiai modellek, előkészítési kontextualitás és nem lokalitás, Foundations of Physics 44, 1230 (2014).
https://doi.org/10.1007/s10701-014-9839-4
[39] P. Heywood és M. L. Redhead, Nonlocality and the Kochen-Specker paradoxon, Foundations of Physics 13, 481 (1983).
https:///doi.org/10.1007/BF00729511
[40] N. Brunner, D. Cavalcanti, S. Pironio, V. Scarani és S. Wehner, Bell nonlocality, Rev. Mod. Phys. 86, 419 (2014).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.86.419
[41] S. Popescu és D. Rohrlich, Quantum nonlocality as an axioma, Foundations of Physics 24, 379 (1994).
https:///doi.org/10.1007/BF02058098
[42] A. Peres, A Kochen-Specker-tétel két egyszerű bizonyítása, Journal of Physics A: Mathematical and General 24, L175 (1991).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/24/4/003
[43] A. Peres: Kvantummérések összeegyeztethetetlen eredményei, Physics Letters A 151, 107 (1990).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(90)90172-K
[44] N. D. Mermin: Rejtett változók és John Bell két tétele, Rev. Mod. Phys. 65, 803 (1993).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.65.803
[45] A. Peres, Kvantumelmélet: fogalmak és módszerek. 57 (Springer Science & Business Media, 2006).
https://doi.org/10.1007/0-306-47120-5
[46] A. A. Klyachko, M. A. Can, S. Binicioğlu és A. S. 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 és B. Westerbaan: A Kochen-Specker rendszer legalább 22 vektort tartalmaz, New Generation Computing 34, 3 (2016).
https://doi.org/10.1007/s00354-016-0202-5
[48] F. Arends, A lower bound on the size of the smallest Kochen-Specker vector system, Master’s thesis, Oxford University (2009).
http:///www.cs.ox.ac.uk/people/joel.ouaknine/download/arends09.pdf
[49] R. Kunjwal, C. Heunen és T. Fritz: Tetszőleges közös mérhetőségi struktúrák kvantumrealizálása, Phys. Rev. A 89, 052126 (2014).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.89.052126
[50] N. Andrejic és R. Kunjwal, Kubit mérésekkel megvalósítható ízületi mérhetőségi struktúrák: Inkompatibilitás marginális műtéttel, Phys. Rev. Research 2, 043147 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.043147
[51] R. Kunjwal és S. Ghosh, Minimális állapotfüggő bizonyíték a mérési kontextualitásra qubitre, Phys. Rev. A 89, 042118 (2014).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.89.042118
[52] X. Zhan, E. G. Cavalcanti, J. Li, Z. Bian, Y. Zhang, H. M. Wiseman és P. Xue, Experimental generalised contextuality with single-photon qubits, Optica 4, 966 (2017).
https:///doi.org/10.1364/OPTICA.4.000966
[53] I. Marvian, Hozzáférhetetlen információk kvantumrendszerek valószínűségi modelljeiben, nem kontextualitási egyenlőtlenségek és zajküszöbök a kontextualitáshoz, arXiv preprint arXiv:2003.05984 (2020).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2003.05984
arXiv: 2003.05984
[54] T. S. Cubitt, D. Leung, W. Matthews és A. Winter, Zero-error csatornakapacitás és szimuláció, nem lokális korrelációkkal segítve, IEEE Transactions on Information Theory 57, 5509 (2011).
https:///doi.org/10.1109/TIT.2011.2159047
[55] C. E. Shannon, Megjegyzés a kommunikációs csatornák részleges megrendeléséről, Információ és vezérlés 1, 390 (1958).
https://doi.org/10.1016/S0019-9958(58)90239-0
[56] D. Schmid, T. C. Fraser, R. Kunjwal, A. B. Sainz, E. Wolfe és R. W. Spekkens, Az összefonódás és a nem lokalitás kölcsönhatásainak megértése: az összefonódáselmélet új ágának motiválása és fejlesztése, arXiv preprint arXiv:2004.09194 (2020).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2004.09194
arXiv: 2004.09194
[57] L. Hardy, Nonlocality két részecske egyenlőtlensége nélkül szinte minden összefonódott állapotra, Phys. Rev. Lett. 71, 1665 (1993).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.71.1665
[58] A. Cabello, J. Estebaranz és G. García-Alcaine, Bell-Kochen-Specker-tétel: Bizonyítás 18 vektorral, Physics Letters A 212, 183 (1996).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(96)00134-X
Idézi
[1] Victor Gitton és Mischa P. Woods, „Az általánosított non-kontextualitás rendszer kiskapujáról”, arXiv: 2209.04469.
[2] Lorenzo Catani, Matthew Leifer, David Schmid és Robert W. Spekkens, „Miért nem ragadják meg az interferencia jelenségei a kvantumelmélet lényegét” arXiv: 2111.13727.
[3] John H. Selby, Elie Wolfe, David Schmid, and Ana Belén Sainz, “An open-source linear program for testing nonclassicality”, arXiv: 2204.11905.
[4] David Schmid, Haoxing Du, John H. Selby és Matthew F. Pusey, „Uniqueness of Noncontextual Models for Stabilizer Subtheories”, Physical Review Letters 129 12, 120403 (2022).
[5] John H. Selby, David Schmid, Elie Wolfe, Ana Belén Sainz, Ravi Kunjwal, and Robert W. Spekkens, “Contextuality without incompatibility”, arXiv: 2106.09045.
[6] Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Roope Uola, and Alastair A. Abbott, “Bounding and Simulating Contextual Correlations in Quantum Theory”, PRX Quantum 2 2, 020334 (2021).
[7] John H. Selby, David Schmid, Elie Wolfe, Ana Belén Sainz, Ravi Kunjwal és Robert W. Spekkens: „Általánosított valószínűségi elméletek hozzáférhető töredékei, kúpekvivalencia és alkalmazások a nem-klasszikusság szemtanúira”. arXiv: 2112.04521.
[8] Lorenzo Catani és Matthew Leifer, „Matematikai keret a működési finomhangolásokhoz”, arXiv: 2003.10050.
[9] Victoria J Wright and Ravi Kunjwal, “Contextuality in composite systems: the role of entanglement in the Kochen-Specker theorem”, arXiv: 2109.13594.
[10] Anubhav Chaturvedi, Farkas Máté és Victoria J Wright, „Charactering and bounding the set of quantum behaviors in kontekstualitási forgatókönyvek”, arXiv: 2010.05853.
[11] Lorenzo Catani, Ricardo Faleiro, Pierre-Emmanuel Emeriau, Shane Mansfield, and Anna Pappa, “Connecting XOR and XOR* games”, arXiv: 2210.00397.
A fenti idézetek innen származnak SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2022-10-14 04:01:02). Előfordulhat, hogy a lista hiányos, mivel nem minden kiadó ad megfelelő és teljes hivatkozási adatokat.
On Crossref által idézett szolgáltatás művekre hivatkozó adat nem található (utolsó próbálkozás 2022-10-14 04:01:00).
Ez a tanulmány a Quantumban jelent meg Creative Commons Nevezd meg 4.0 International (CC BY 4.0) engedély. A szerzői jog az eredeti szerzői jog tulajdonosainál marad, például a szerzőknél vagy intézményeiknél.
