Összefonódási katalízis kvantumállapotokhoz és zajos csatornákhoz

Összefonódási katalízis kvantumállapotokhoz és zajos csatornákhoz

Entanglement catalysis for quantum states and noisy channels PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Chandan Datta1,2,3, Tulja Varun Kondra1, Marek Miller1és Alekszandr Streltsov1

1Center for Quantum Optical Technologies, Center of New Technologies, University of Warsaw, Banacha 2c, 02-097 Varsó, Lengyelország
2Institute for Theoretical Physics III, Heinrich Heine University Düsseldorf, Universitätsstraße 1, D-40225 Düsseldorf, Németország
3Fizikai Tanszék, Indian Institute of Technology Jodhpur, Jodhpur 342030, India

Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.

Absztrakt

A feltörekvő kvantumtechnológiák számos alkalmazása, mint például a kvantumteleportáció és a kvantumkulcs-elosztás, szinguletteket, két kvantumbit maximálisan összefonódott állapotát igényel. Ezért rendkívül fontos az optimális eljárások kidolgozása a távoli felek közötti szingulett létrehozására. Amint azt a közelmúltban kimutatták, más kvantumállapotokból szinguletteket nyerhetünk kvantumkatalizátor, egy összefonódott kvantumrendszer használatával, amely nem változik az eljárás során. Ebben a munkában ezt a gondolatot továbbvisszük, és megvizsgáljuk az összefonódási katalízis tulajdonságait és szerepét a kvantumkommunikációban. A kétrészes tiszta állapotok közötti transzformációkhoz igazoljuk egy univerzális katalizátor létezését, amely lehetővé teszi az összes lehetséges transzformációt ebben az elrendezésben. Bemutatjuk a katalízis előnyeit aszimptotikus körülmények között, túlmutatva a független és azonos eloszlású rendszerek tipikus feltételezésén. Továbbfejlesztjük azokat a módszereket, amelyek segítségével megbecsülhetjük a szingulettek számát, amelyek egy zajos kvantumcsatornán keresztül hozhatók létre, ha összefonódott katalizátorok segítik őket. A különböző típusú kvantumcsatornák esetében eredményeink optimális protokollokhoz vezetnek, amelyek lehetővé teszik a szinguettek maximális számának meghatározását a csatorna egyszeri használatával.

► BibTeX adatok

► Referenciák

[1] Daniel Jonathan és Martin B. Plenio. „Tiszta kvantumállapotok összefonódással segített helyi manipulációja”. Phys. Rev. Lett. 83, 3566-3569 (1999).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.83.3566

[2] Jens Eisert és Martin Wilkens. „Az összefonódási manipuláció katalízise vegyes államokban”. Phys. Rev. Lett. 85, 437–440 (2000).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.85.437

[3] Tulja Varun Kondra, Chandan Datta és Alexander Streltsov. „Tiszta összefonódott állapotok katalitikus átalakulásai”. Phys. Rev. Lett. 127, 150503 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.127.150503

[4] Patryk Lipka-Bartosik és Paul Skrzypczyk. „Katalitikus kvantumteleportáció”. Phys. Rev. Lett. 127, 080502 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.127.080502

[5] MA Nielsen. „Az összefonódási átalakulások osztályának feltételei”. Phys. Rev. Lett. 83, 436-439 (1999).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.83.436

[6] Guifré Vidal, Daniel Jonathan és MA Nielsen. „A kétrészes tiszta állapotú összefonódás megközelítő átalakításai és robusztus manipulálása”. Phys. Rev. A 62, 012304 (2000).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.62.012304

[7] Sumit Daftuar és Matthew Klimesh. „Az összefonódás-katalízis matematikai szerkezete”. Phys. Rev. A 64, 042314 (2001).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.64.042314

[8] Runyao Duan, Yuan Feng, Xin Li és Mingsheng Ying. „Többpéldányos összefonódás-transzformáció és összefonódás-katalízis”. Phys. Rev. A 71, 042319 (2005).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.71.042319

[9] S Turgut. „Katalitikus transzformációk bipartit tiszta állapotokhoz”. J. Phys. A 40, 12185–12212 (2007).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​40/​40/​012

[10] Matthew Klimesh. „Az egyenlőtlenségek, amelyek együttesen teljesen jellemzik a katalitikus majorizációs relációt” (2007). arXiv:0709.3680.
arXiv: 0709.3680

[11] Guillaume Aubrun és Ion Nechita. „Katalitikus Majorizáció és $ell_p$ Normák”. Commun. Math. Phys. 278, 133–144 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-007-0382-4

[12] Yuval Rishu Sanders és Gilad Gour. „Szükséges feltételek összefonódási katalizátorokhoz”. Phys. Rev. A 79, 054302 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.79.054302

[13] Michael Grabowecky és Gilad Gour. „Az összefonódási katalizátorok határai”. Phys. Rev. A 99, 052348 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.99.052348

[14] Rivu Gupta, Arghya Maity, Shiladitya Mal és Aditi Sen(De). „Az összefonódás-transzformáció statisztikája a katalizátorok közötti hierarchiákkal”. Phys. Rev. A 106, 052402 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.106.052402

[15] Chandan Datta, Tulja Varun Kondra, Marek Miller és Alexander Streltsov. „Az összefonódás és más kvantumerőforrások katalízise”. Reports on Progress in Physics 86, 116002 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​acfbec

[16] Seth Lloyd. „A zajos kvantumcsatorna kapacitása”. Phys. Rev. A 55, 1613–1622 (1997).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.55.1613

[17] David P. DiVincenzo, Peter W. Shor és John A. Smolin. „Nagyon zajos csatornák kvantumcsatorna-kapacitása”. Phys. Rev. A 57, 830–839 (1998).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.57.830

[18] Howard Barnum, MA Nielsen és Benjamin Schumacher. „Információ továbbítása zajos kvantumcsatornán keresztül”. Phys. Rev. A 57, 4153–4175 (1998).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.57.4153

[19] Benjamin Schumacher és Michael D. Westmoreland. „Kvantum-privacy és kvantumkoherencia”. Phys. Rev. Lett. 80, 5695–5697 (1998).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.80.5695

[20] I. Devetak. „Egy kvantumcsatorna privát klasszikus kapacitása és kvantumkapacitása”. IEEE Transactions on Information Theory 51, 44–55 (2005).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TIT.2004.839515

[21] Roberto Rubboli és Marco Tomamichel. „A korrelált katalitikus állapottranszformációk alapvető korlátai”. Phys. Rev. Lett. 129, 120506 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.129.120506

[22] Wim van Dam és Patrick Hayden. „Univerzális összefonódás-transzformációk kommunikáció nélkül”. Phys. Rev. A 67, 060302 (2003).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.67.060302

[23] Karol Życzkowski, Paweł Horodecki, Anna Sanpera és Maciej Lewenstein. „Az elkülöníthető állapotok halmazának térfogata”. Phys. Rev. A 58, 883–892 (1998).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.58.883

[24] G. Vidal és RF Werner. „Az összefonódás kiszámítható mértéke”. Phys. Rev. A 65, 032314 (2002).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.65.032314

[25] Charles H. Bennett, Herbert J. Bernstein, Sandu Popescu és Benjamin Schumacher. „A részleges összefonódás koncentrálása helyi műveletekkel”. Phys. Rev. A 53, 2046–2052 (1996).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.53.2046

[26] V. Vedral, MB Plenio, MA Rippin és PL Knight. „Az összefonódás mennyiségi meghatározása”. Phys. Rev. Lett. 78, 2275-2279 (1997).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.78.2275

[27] Ryszard Horodecki, Paweł Horodecki, Michał Horodecki és Karol Horodecki. „Kvantumösszefonódás”. Rev. Mod. Phys. 81, 865–942 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.81.865

[28] Patryk Lipka-Bartosik és Paul Skrzypczyk. „Minden állam univerzális katalizátor a kvantumtermodinamikában”. Phys. Rev. X 11, 011061 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.11.011061

[29] Tulja Varun Kondra, Chandan Datta és Alexander Streltsov. „Sztochasztikus közelítő állapotkonverzió az összefonódás és az általános kvantumerőforrás elméletekhez” (2021). arXiv:2111.12646.
arXiv: 2111.12646

[30] Valentina Baccetti és Matt Visser. „Végtelen shannon entrópia”. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 2013, P04010 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1742-5468/​2013/​04/​p04010

[31] Garry Bowen és Nilanjana Datta. „Bipartit tiszta állapotok aszimptotikus összefonódási manipulációja”. IEEE Transactions on Information Theory 54, 3677–3686 (2008).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TIT.2008.926377

[32] Francesco Buscemi és Nilanjana Datta. „Tetszőleges forrásokból származó lepárlási összefonódás”. Journal of Mathematical Physics 51, 102201 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1063/​1.3483717

[33] Stephan Waeldchen, Janina Gertis, Earl T. Campbell és Jens Eisert. „Renormalizáló összefonódás-desztilláció”. Phys. Rev. Lett. 116, 020502 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.116.020502

[34] CE Shannon. „A kommunikáció matematikai elmélete”. Bell System Technical Journal 27, 379–423 (1948).
https://​/​doi.org/​10.1002/​j.1538-7305.1948.tb01338.x

[35] CE Shannon és W. Weaver. „A kommunikáció matematikai elmélete”. University of Illinois Press. (1998). url: http://​/​www.worldcat.org/​oclc/​967725093.
http://​/​www.worldcat.org/​oclc/​967725093

[36] TM Cover és JA Thomas. „Az információelmélet elemei”. John Wiley & Sons, Ltd. (2005).
https://​/​doi.org/​10.1002/​047174882X

[37] Benjamin Schumacher és MA Nielsen. „Kvantum adatfeldolgozás és hibajavítás”. Phys. Rev. A 54, 2629–2635 (1996).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.54.2629

[38] Michał Horodecki, Paweł Horodecki és Ryszard Horodecki. „A kvantumkapacitások egységes megközelítése: A kvantumzajos kódolási tétel felé”. Phys. Rev. Lett. 85, 433–436 (2000).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.85.433

[39] PW Shor. „A kvantumcsatorna kapacitása és a koherens információ”. Az MSRI műhelyben a kvantumszámításról. (2002).

[40] John Watrous. „A kvantuminformáció elmélete”. Cambridge University Press. (2018).
https://​/​doi.org/​10.1017/​9781316848142

[41] Nicolas J. Cerf. „Egy kvantumbit Pauli klónozása”. Phys. Rev. Lett. 84, 4497–4500 (2000).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.84.4497

[42] AS Holevo és RF Werner. „A bozonikus Gauss-csatornák kapacitásának értékelése”. Phys. Rev. A 63, 032312 (2001).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.63.032312

[43] Michael M. Wolf, David Pérez-García és Geza Giedke. „A bozonikus csatornák kvantumkapacitásai”. Phys. Rev. Lett. 98, 130501 (2007).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.98.130501

[44] Graeme Smith, John A. Smolin és Andreas Winter. „A kvantumkapacitás szimmetrikus oldalcsatornákkal”. IEEE Transactions on Information Theory 54, 4208–4217 (2008).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TIT.2008.928269

[45] Francesco Buscemi és Nilanjana Datta. „Az önkényesen korrelált zajjal rendelkező csatornák kvantumkapacitása”. IEEE Transactions on Information Theory 56, 1447–1460 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TIT.2009.2039166

[46] Felix Leditzky, Debbie Leung és Graeme Smith. „Az alacsony zajszintű csatornák kvantum- és privát kapacitásai”. Phys. 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 és Chiara Macchiavello. „Kvantumcsatorna-kapacitások kísérleti kimutatása”. Phys. Rev. Lett. 119, 100502 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.119.100502

[48] Chiara Macchiavello és Massimiliano F. Sacchi. „A kvantumcsatorna-kapacitások alsó határainak észlelése”. Phys. Rev. Lett. 116, 140501 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.116.140501

[49] Noah Davis, Maksim E. Shirokov és Mark M. Wilde. „Kvantumcsatornák energiakorlátos, kétirányú támogatott magán- és kvantumkapacitásai”. Phys. Rev. A 97, 062310 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.97.062310

[50] Gyöngyosi László, Sándor Imre és Hung Viet Nguyen. „Felmérés a kvantumcsatorna-kapacitásokról”. IEEE Communications Surveys Tutorials 20, 1149–1205 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1109/​COMST.2017.2786748

[51] AS Holevo. „Kvantumcsatorna kapacitások”. Quantum Electronics 50, 440–446 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1070/​qel17285

[52] Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra és Alexander Streltsov. „Katalitikus és aszimptotikus ekvivalencia a kvantumösszefonódáshoz” (2023). arXiv:2305.03488.
arXiv: 2305.03488

[53] Igor Devetak és Andreas Winter. „A titkos kulcs desztillációja és a kvantumállapotokból való összefonódás”. Proc. R. Soc. London. A 461, 207–235 (2005).
https://​/​doi.org/​10.1098/​rspa.2004.1372

[54] Matthias Christandl és Andreas Winter. „"Összenyomott összefonódás": Összefonódási mérték. J. Math. Phys. 45, 829–840 (2004).
https://​/​doi.org/​10.1063/​1.1643788

[55] R Alicki és M Fannes. „A kvantumfeltételes információ folytonossága”. J. Phys. A 37, L55–L57 (2004).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​37/​5/​l01

[56] Michael Horodecki, Peter W. Shor és Mary Beth Ruskai. „Az összegabalyodást megszakító csatornák”. Rev. Math. Phys. 15, 629–641 (2003).
https://​/​doi.org/​10.1142/​S0129055X03001709

[57] Alexander Streltsov, Remigiusz Augusiak, Maciej Demianowicz és Maciej Lewenstein. „Előrelépés az összefonódás-elosztás egységes megközelítése felé”. Phys. Rev. A 92, 012335 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.92.012335

[58] Charles H. Bennett, David P. DiVincenzo, John A. Smolin és William K. Wootters. „Vegyes állapotú összefonódás és kvantumhiba-javítás”. Phys. Rev. A 54, 3824–3851 (1996).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.54.3824

[59] William K. Wootters. „Két kubit önkényes államának kialakulásának összefonódása”. Phys. Rev. Lett. 80, 2245–2248 (1998).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.80.2245

[60] Arijit Dutta, Junghee Ryu, Wiesław Laskowski és Marek Żukowski. „Kétkvadit állapotok zajállóságának összefonódási kritériumai”. Physics Letters A 380, 2191–2199 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.physleta.2016.04.043

[61] Remigiusz Augusiak, Maciej Demianovicz és Paweł Horodecki. „Univerzális megfigyelhető, amely minden kétkbites összefonódást és determináns alapú elválaszthatósági tesztet észlel”. Phys. Rev. A 77, 030301 (2008).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.77.030301

[62] Michał Horodecki, Paweł Horodecki és Ryszard Horodecki. „Az elválaszthatatlan két spin-$frac{1}{2}$ sűrűségű mátrixok desztillálhatók szingulett formává”. Phys. 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 és Nicole Yunger Halpern. „Az információs egyensúlytalanság erőforráselmélete a termodinamikában”. Physics Reports 583, 1–58 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.physrep.2015.04.003

[64] Fernando Brandão, Michał Horodecki, Nelly Ng, Jonathan Oppenheim és Stephanie Wehner. „A kvantumtermodinamika második törvénye”. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 112, 3275–3279 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1073/​pnas.1411728112

[65] Henrik Wilming, Rodrigo Gallego és Jens Eisert. „A kvantumrelatív entrópia és a szabad energia axiomatikus jellemzése”. Entrópia 19, 241 (2017).
https://​/​doi.org/​10.3390/​e19060241

[66] Paul Boes, Jens Eisert, Rodrigo Gallego, Markus P. Müller és Henrik Wilming. „Von Neumann entrópia az Unitaritástól”. Phys. Rev. Lett. 122, 210402 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.122.210402

[67] H. Wilming. „Entrópia és reverzibilis katalízis”. Phys. Rev. Lett. 127, 260402 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.127.260402

[68] Naoto Shiraishi és Takahiro Sagawa. „A korrelált-katalitikus állapotkonverzió kvantumtermodinamikája kis léptékben”. Phys. Rev. Lett. 126, 150502 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.126.150502

[69] Ivan Henao és Raam Uzdin. „Katalitikus átalakítások véges méretű környezetekben: hűtési és hőmérési alkalmazások”. Quantum 5, 547 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-09-21-547

[70] I. Henao és R. Uzdin. „A korrelációk katalitikus kiegyenlítése és a disszipáció mérséklése az információtörlésben”. Phys. Rev. Lett. 130, 020403 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.130.020403

[71] Kaifeng Bu, Uttam Singh és Junde Wu. „Katalitikus koherencia-transzformációk”. Phys. Rev. A 93, 042326 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.93.042326

[72] Alexander Streltsov, Gerardo Adesso és Martin B. Plenio. „Kollokvium: A kvantumkoherencia mint erőforrás”. Rev. Mod. Phys. 89, 041003 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.89.041003

[73] Johan Åberg. „Katalitikus koherencia”. Phys. Rev. Lett. 113, 150402 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.113.150402

[74] Joan A Vaccaro, Sarah Croke és Stephen M Barnett. „A koherencia katalitikus?”. J. Phys. A 51, 414008 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​aac112

[75] Matteo Lostaglio és Markus P. Müller. „A koherencia és az aszimmetria nem sugározható”. Phys. Rev. Lett. 123, 020403 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.123.020403

[76] Ryuji Takagi és Naoto Shiraishi. "A katalizátorok korrelációja lehetővé teszi a kvantumkoherencia tetszőleges manipulálását." Phys. Rev. Lett. 128, 240501 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.128.240501

[77] Priyabrata Char, Dipayan Chakraborty, Amit Bhar, Indrani Chattopadhyay és Debasis Sarkar. „Katalitikus transzformációk a koherenciaelméletben”. Phys. Rev. A 107, 012404 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.107.012404

[78] Chandan Datta, Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra és Alexander Streltsov. „Létezik a monotonok véges teljes halmaza bármely kvantumerőforrás-elméletben?” Phys. Rev. Lett. 130, 240204 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.130.240204

Idézi

[1] Chandan Datta, Tulja Varun Kondra, Marek Miller és Alexander Streltsov, „Catalysis of Enanglement and other quantum resources”, Jelentések a fizika fejlődéséről 86 11, 116002 (2023).

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

[3] I. Henao és R. Uzdin, „Catalytic Leverage of Correlations and Mitigation of Dissipation in Information Erasure”, Physical Review Letters 130 2, 020403 (2023).

[4] Seok Hyung Lie és Hyunseok Jeong, „Delokalizált és dinamikus katalitikus véletlenszerűség és információáramlás”, Fizikai áttekintés A 107 4, 042430 (2023).

[5] Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra és Alexander Streltsov, „Katalitikus és aszimptotikus ekvivalencia a kvantumösszefonódáshoz”, arXiv: 2305.03488, (2023).

[6] Elia Zanoni, Thomas Theurer és Gilad Gour, „Complete Characterization of Entanglement Bezzlement”, arXiv: 2303.17749, (2023).

[7] Chandan Datta, Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra és Alekszandr Streltsov, „Is There a Finite Complete Set of Monotones in Any Quantum Resource Theory?”, Physical Review Letters 130 24, 240204 (2023).

A fenti idézetek innen származnak SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2024-03-21 03:41:02). 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 2024-03-21 03:41:00).

Időbélyeg:

Még több Quantum Journal