1Departemen Fisika, Universitas Duke, Durham, Carolina Utara, AS 27708
2Pusat Informasi dan Komunikasi Quantum, Ecole polytechnique de Bruxelles, CP 165, Universitรฉ libre de Bruxelles, 1050 Brussels, Belgia
Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.
Abstrak
Kami mempertimbangkan masalah komunikasi klasik one-shot yang dibantu keterikatan. Dalam rezim kesalahan nol, keterjeratan dapat meningkatkan kapasitas kesalahan nol satu tembakan dari keluarga saluran klasik mengikuti strategi Cubitt et al., Phys. Pdt. Lett. 104, 230503 (2010). Strategi ini menggunakan teorema Kochen-Specker yang hanya berlaku untuk pengukuran proyektif. Dengan demikian, dalam rezim keadaan bising dan/atau pengukuran, strategi ini tidak dapat meningkatkan kapasitas. Untuk mengakomodasi situasi umum yang bising, kami menguji probabilitas keberhasilan satu kali pengiriman pesan klasik dalam jumlah tetap. Kami menunjukkan bahwa kontekstualitas persiapan memperkuat keunggulan kuantum dalam tugas ini, meningkatkan probabilitas keberhasilan satu kali tembakan melampaui maksimum klasiknya. Perawatan kami melampaui Cubitt et al. dan termasuk, misalnya, protokol Prevedel et al., Phys yang diimplementasikan secara eksperimental. Pdt. Lett. 106, 110505 (2011). Kami kemudian menunjukkan pemetaan antara tugas komunikasi ini dan permainan nonlokal yang sesuai. Pemetaan ini menggeneralisasi koneksi dengan game pseudotelepati yang sebelumnya dicatat dalam kasus kesalahan nol. Akhirnya, setelah memotivasi kendala yang kami istilahkan $textit{context-independent guessing}$, kami menunjukkan bahwa kontekstualitas yang disaksikan oleh ketidaksetaraan nonkontekstualitas kuat-noise yang diperoleh dalam R. Kunjwal, Quantum 4, 219 (2020), cukup untuk meningkatkan satu- peluang keberhasilan tembakan. Ini memberikan arti operasional untuk ketidaksetaraan ini dan invarian hipergraf terkait, prediktabilitas maks tertimbang, yang diperkenalkan dalam R. Kunjwal, Quantum 3, 184 (2019). Hasil kami menunjukkan bahwa tugas komunikasi klasik one-shot berbantuan keterjeratan menyediakan lahan subur untuk mempelajari interaksi teorema Kochen-Specker, kontekstualitas Spekkens, dan nonlokalitas Bell.
Gambar unggulan: Ilustrasi protokol komunikasi klasik one-shot yang dibantu keterikatan.
[Embedded content]
Ringkasan populer
Secara khusus, kami mempelajari masalah komunikasi berikut: Alice (pengirim) terhubung ke Bob (penerima) melalui saluran klasik yang berisik. Mereka diizinkan mengakses keterikatan bersama dan dapat menerapkan pengukuran kuantum lokal. Diketahui bahwa untuk keluarga saluran klasik tertentu yang diilhami oleh teorema Kochen-Specker, jumlah pesan yang dapat dikirim tanpa kesalahan melalui saluran klasik (yaitu, kapasitas zero-error one-shot) dapat ditingkatkan dengan akses untuk keterikatan bersama. Hasil zero-error ini disebabkan oleh Cubitt et al. [Fis. Pdt. Lett. 104, 230503 (2010)] juga terkait erat dengan game nonlokal yang dikenal sebagai game pseudotelepati yang mengakui strategi kemenangan kuantum yang sempurna.
Kami mempelajari masalah komunikasi ini dalam rezim bising di mana teorema Kochen-Specker tidak dapat diterapkan. Dalam melakukannya, kami menunjukkan hubungan yang erat dari masalah ini dengan kontekstualitas yang kuat kebisingan dalam formulasi yang diusulkan oleh Spekkens [Phys. Rev. A 71, 052108 (2005)] dan dengan keluarga game nonlokal yang terinspirasi oleh masalah komunikasi. Di bawah asumsi bahwa para pihak tidak mempercayai probabilitas yang terkait dengan saluran klasik, tetapi hanya mempercayai struktur kemungkinannya (dikodekan dalam hypergraph saluran), kami juga menunjukkan bahwa kontekstualitas kuat-noise yang disaksikan oleh hypergraph invariant cukup untuk keuntungan kuantum dalam tugas ini. Hal ini memberikan makna operasional terhadap saksi kontekstualitas yang diperoleh dalam R. Kunjwal, Quantum 4, 219 (2020).
โบ data BibTeX
โบ Referensi
[1] JS Bell, Tentang paradoks Einstein-Podolsky-Rosen, Fisika 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195
[2] JF Clauser, MA Horne, A. Shimony, dan RA Holt, Usulan Eksperimen untuk Menguji Teori Variabel Tersembunyi-Lokal, Phys. Pdt. Lett. 23, 880 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880
[3] S. Kochen dan EP Specker, Masalah Variabel Tersembunyi dalam Mekanika Kuantum, dalam Pendekatan logika-aljabar untuk mekanika kuantum (Springer, 1975) hlm. 293โ328.
https:/โ/โdoi.org/โ10.1007/โ978-94-010-1795-4_17
[4] R. Renner dan S. Wolf, Quantum pseudo-telepati dan teorema Kochen-Specker, dalam Simposium Internasional tentang Teori Informasi, 2004. ISIT 2004. Prosiding. (IEEE, 2004) hlm. 322โ322.
https: / / doi.org/ 10.1109 / ISIT.2004.1365359
[5] G. Brassard, A. Broadbent, dan A. Tapp, Quantum pseudo-telepati, Yayasan Fisika 35, 1877 (2005).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1007/โs10701-005-7353-4
[6] TS Cubitt, D. Leung, W. Matthews, dan A. Winter, Meningkatkan Komunikasi Klasik Tanpa Kesalahan dengan Keterikatan, Phys. Pdt. Lett. 104, 230503 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.230503
[7] M. Howard, J. Wallman, V. Veitch, dan J. Emerson, Kontekstualitas memasok `keajaiban' untuk komputasi kuantum, Nature 510, 351 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature13460
[8] J. Barrett dan A. Kent, Non-kontekstualitas, pengukuran presisi hingga dan teorema Kochen-Specker, Studi Sejarah dan Filsafat Ilmu Bagian B: Studi Sejarah dan Filsafat Fisika Modern 35, 151 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.shpsb.2003.10.003
[9] A. Winter, Apa yang dibuktikan atau disangkal oleh uji eksperimental kontekstualitas kuantum?, Jurnal Fisika A: Mathematical and Theoretical 47, 424031 (2014).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1088/โ1751-8113/โ47/โ42/โ424031
[10] R. Kunjwal, Beyond the Cabello-Severini-Winter framework: Memahami kontekstualitas tanpa ketajaman pengukuran, Quantum 3, 184 (2019).
https:/โ/โdoi.org/โ10.22331/โq-2019-09-09-184
[11] A. Cabello, Apa yang kita pelajari tentang teori kuantum dari kontekstualitas kuantum Kochen-Specker?, PIRSA 17070034 (2017).
https: / / doi.org/ 10.48660 / 17070034
[12] G. Chiribella dan X. Yuan, Ketajaman pengukuran memotong nonlokalitas dan kontekstualitas dalam setiap teori fisika, arXiv pracetak arXiv:1404.3348 (2014).
https://โ/โdoi.org/โ10.48550/โarXiv.1404.3348
arXiv: 1404.3348
[13] RW Spekkens, Kontekstualitas untuk persiapan, transformasi, dan pengukuran tidak tajam, Phys. Rev A 71, 052108 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.052108
[14] MD Mazurek, MF Pusey, R. Kunjwal, KJ Resch, dan RW Spekkens, Tes eksperimental nonkontekstualitas tanpa idealisasi nonfisik, Nature Communications 7, 1 (2016).
https://โ/โdoi.org/โ10.1038/โncomms11780
[15] MF Pusey, L. Del Rio, dan B. Meyer, Kontekstualitas tanpa akses ke set yang lengkap secara tomografi, arXiv pracetak arXiv:1904.08699 (2019).
https://โ/โdoi.org/โ10.48550/โarXiv.1904.08699
arXiv: 1904.08699
[16] MD Mazurek, MF Pusey, KJ Resch, dan RW Spekkens, Secara eksperimental membatasi deviasi dari teori kuantum dalam lanskap teori probabilistik umum, PRX Quantum 2, 020302 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020302
[17] R. Kunjwal dan RW Spekkens, Dari Teorema Kochen-Specker ke Pertidaksamaan Nonkontekstualitas tanpa Asumsi Determinisme, Phys. Pdt. Lett. 115, 110403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.110403
[18] R. Kunjwal dan RW Spekkens, Dari bukti statistik teorema Kochen-Specker hingga ketidaksetaraan nonkontekstualitas yang kuat kebisingan, Phys. Wahyu A 97, 052110 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.052110
[19] RW Spekkens, DH Buzacott, AJ Keehn, B. Toner, dan GJ Pryde, Preparation Contextuality Powers Parity-Oblivious Multiplexing, Phys. Pdt. Lett. 102, 010401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.010401
[20] A. Chailloux, I. Kerenidis, S. Kundu, dan J. Sikora, Batas optimal untuk kode akses acak yang mengabaikan paritas, New Journal of Physics 18, 045003 (2016).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1088/โ1367-2630/โ18/โ4/โ045003
[21] D. Spekken Schmid dan RW, Keuntungan Kontekstual untuk Diskriminasi Negara, Phys. Wahyu X 8, 011015 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.011015
[22] D. Saha dan A. Chaturvedi, Persiapan kontekstualitas sebagai fitur penting yang mendasari keunggulan komunikasi kuantum, Phys. Wahyu A 100, 022108 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022108
[23] D. Saha, P. Horodecki, dan M. Pawลowski, Kontekstualitas independen negara memajukan komunikasi satu arah, New Journal of Physics 21, 093057 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab4149
[24] R. Kunjwal, M. Lostaglio, dan MF Pusey, Anomali nilai lemah dan kontekstualitas: Kekokohan, keketatan, dan bagian imajiner, Phys. Wahyu A 100, 042116 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.042116
[25] M. Lostaglio dan G. Senno, Keuntungan kontekstual untuk kloning yang bergantung pada negara, Quantum 4, 258 (2020).
https:/โ/โdoi.org/โ10.22331/โq-2020-04-27-258
[26] R. Kunjwal, Kontekstualitas di luar teorema Kochen-Specker, arXiv pracetak arXiv:1612.07250 (2016).
https://โ/โdoi.org/โ10.48550/โarXiv.1612.07250
arXiv: 1612.07250
[27] R. Kunjwal, kerangka Hypergraph untuk ketidaksetaraan nonkontekstualitas yang tidak dapat direduksi dari bukti logis teorema Kochen-Specker, Quantum 4, 219 (2020).
https:/โ/โdoi.org/โ10.22331/โq-2020-01-10-219
[28] R. Prevedel, Y. Lu, W. Matthews, R. Kaltenbaek, dan KJ Resch, Komunikasi Klasik Ditingkatkan Keterikatan Melalui Saluran Klasik Bising, Phys. Pdt. Lett. 106, 110505 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.110505
[29] B. Hemenway, CA Miller, Y. Shi, dan M. Wootters, Komunikasi klasik one-shot dengan bantuan belitan yang optimal, Phys. Wahyu A 87, 062301 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.062301
[30] J. Barrett, Pemrosesan informasi dalam teori probabilistik umum, Phys. Rev A 75, 032304 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032304
[31] A. Acรญn, T. Fritz, A. Leverrier, dan AB Sainz, Pendekatan Kombinasi Nonlokalitas dan Kontekstualitas, Komunikasi dalam Fisika Matematika 334, 533 (2015).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1007/โs00220-014-2260-1
[32] RW Spekkens, Identitas ontologis dari indiscernibles empiris: Prinsip metodologis Leibniz dan signifikansinya dalam karya Einstein, arXiv pracetak arXiv:1909.04628 (2019).
https://โ/โdoi.org/โ10.48550/โarXiv.1909.04628
arXiv: 1909.04628
[33] E. Wolfe, D. Schmid, AB Sainz, R. Kunjwal, dan RW Spekkens, Quantifying Bell: The Resource Theory of Nonclassicality of Common- Cause Boxes, Quantum 4, 280 (2020).
https:/โ/โdoi.org/โ10.22331/โq-2020-06-08-280
[34] MF Pusey, Ketidaksetaraan nonkontekstualitas persiapan yang kuat dalam skenario paling sederhana, Phys. Wahyu A 98, 022112 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.022112
[35] A. Tavakoli dan R. Uola, Ketidakcocokan pengukuran dan kemudi diperlukan dan cukup untuk kontekstualitas operasional, Phys. Rev. Penelitian 2, 013011 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013011
[36] MS Leifer dan OJE Maroney, Interpretasi Epistemik Maksimal Keadaan Kuantum dan Kontekstualitas, Phys. Pdt. Lett. 110, 120401 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.120401
[37] LP Hughston, R. Jozsa, dan WK Wootters, Klasifikasi lengkap ansambel kuantum yang memiliki matriks kepadatan tertentu, Physics Letters A 183, 14 (1993).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1016/โ0375-9601(93)90880-9
[38] M. Banik, SS Bhattacharya, SK Choudhary, A. Mukherjee, dan A. Roy, Model ontologis, persiapan kontekstualitas dan nonlokalitas, Yayasan Fisika 44, 1230 (2014).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1007/โs10701-014-9839-4
[39] P. Heywood dan ML Redhead, Nonlocality dan paradoks Kochen-Specker, Foundations of Physics 13, 481 (1983).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF00729511
[40] N. Brunner, D. Cavalcanti, S. Pironio, V. Scarani, dan S. Wehner, Bell nonlocality, Rev. Mod. Phys 86, 419 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
[41] S. Popescu dan D. Rohrlich, Quantum nonlocality sebagai aksioma, Foundations of Physics 24, 379 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098
[42] A. Peres, Dua bukti sederhana dari teorema Kochen-Specker, Jurnal Fisika A: Matematika dan Umum 24, L175 (1991).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1088/โ0305-4470/โ24/โ4/โ003
[43] A. Peres, Hasil pengukuran kuantum yang tidak kompatibel, Physics Letters A 151, 107 (1990).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1016/โ0375-9601(90)90172-K
[44] ND Mermin, Variabel tersembunyi dan dua teorema John Bell, Rev. Mod. fisik. 65, 803 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.65.803
[45] A. Peres, Teori kuantum: konsep dan metode, Vol. 57 (Springer Science & Business Media, 2006).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1007/โ0-306-47120-5
[46] AA Klyachko, MA Can, S. Binicioฤlu, dan AS Shumovsky, Tes Sederhana untuk Variabel Tersembunyi dalam Sistem Spin-1, Phys. Pdt. Lett. 101, 020403 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.101.020403
[47] S. Uijlen dan B. Westerbaan, Sebuah sistem Kochen-Specker memiliki setidaknya 22 vektor, Komputasi Generasi Baru 34, 3 (2016).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1007/โs00354-016-0202-5
[48] F. Arends, Batas bawah pada ukuran sistem vektor Kochen-Specker terkecil, tesis Master, Universitas Oxford (2009).
http: / / www.cs.ox.ac.uk/ people / joel.ouaknine / download / arends09.pdf
[49] R. Kunjwal, C. Heunen, dan T. Fritz, realisasi Quantum struktur terukur bersama sewenang-wenang, Phys. Wahyu A 89, 052126 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.052126
[50] N. Andrejic dan R. Kunjwal, Struktur keterukuran sendi yang dapat direalisasikan dengan pengukuran qubit: Ketidakcocokan melalui operasi marginal, Phys. Rev. Penelitian 2, 043147 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043147
[51] R. Kunjwal dan S. Ghosh, Bukti kontekstualitas pengukuran yang bergantung pada keadaan minimal untuk qubit, Phys. Wahyu 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, dan P. Xue, Eksperimental kontekstualitas umum dengan qubit foton tunggal, Optica 4, 966 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.4.000966
[53] I. Marvian, Informasi yang tidak dapat diakses dalam model probabilistik sistem kuantum, ketidaksetaraan non-kontekstualitas dan ambang batas kebisingan untuk kontekstualitas, arXiv pracetak arXiv:2003.05984 (2020).
https://โ/โdoi.org/โ10.48550/โarXiv.2003.05984
arXiv: 2003.05984
[54] TS Cubitt, D. Leung, W. Matthews, dan A. Winter, Kapasitas dan simulasi saluran nol-kesalahan dibantu oleh korelasi non-lokal, Transaksi IEEE pada Teori Informasi 57, 5509 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2011.2159047
[55] CE Shannon, Catatan tentang pemesanan parsial untuk saluran komunikasi, Informasi dan kontrol 1, 390 (1958).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1016/โS0019-9958(58)90239-0
[56] D. Schmid, TC Fraser, R. Kunjwal, AB Sainz, E. Wolfe, dan RW Spekkens, Memahami interaksi keterjeratan dan nonlokalitas: memotivasi dan mengembangkan cabang baru teori keterjeratan, arXiv pracetak arXiv:2004.09194 (2020).
https://โ/โdoi.org/โ10.48550/โarXiv.2004.09194
arXiv: 2004.09194
[57] L. Hardy, Nonlocality untuk dua partikel tanpa ketidaksetaraan untuk hampir semua negara terjerat, Phys. Pdt. Lett. 71, 1665 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.71.1665
[58] A. Cabello, J. Estebaranz, dan G. Garcรญa-Alcaine, teorema Bell-Kochen-Specker: Sebuah bukti dengan 18 vektor, Physics Letters A 212, 183 (1996).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1016/โ0375-9601(96)00134-X
Dikutip oleh
[1] Victor Gitton dan Mischa P. Woods, โPada celah sistem nonkontekstualitas umumโ, arXiv: 2209.04469.
[2] Lorenzo Catani, Matthew Leifer, David Schmid, dan Robert W. Spekkens, "Mengapa fenomena interferensi tidak menangkap esensi teori kuantum", arXiv: 2111.13727.
[3] John H. Selby, Elie Wolfe, David Schmid, dan Ana Belรฉn Sainz, "Sebuah program linier open-source untuk menguji nonklasikalitas", arXiv: 2204.11905.
[4] David Schmid, Haoxing Du, John H. Selby, dan Matthew F. Pusey, โUniqueness of Noncontextual Models for Stabilizer Subtheoriesโ, Review Fisik Surat 129 12, 120403 (2022).
[5] John H. Selby, David Schmid, Elie Wolfe, Ana Belรฉn Sainz, Ravi Kunjwal, dan Robert W. Spekkens, โKontekstualitas tanpa ketidakcocokanโ, arXiv: 2106.09045.
[6] Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Roope Uola, dan Alastair A. Abbott, โMembatasi dan Mensimulasikan Korelasi Kontekstual dalam Teori Kuantumโ, PRX Kuantum 2 2, 020334 (2021).
[7] John H. Selby, David Schmid, Elie Wolfe, Ana Belรฉn Sainz, Ravi Kunjwal, dan Robert W. Spekkens, โFragmen yang dapat diakses dari teori probabilistik umum, kesetaraan kerucut, dan aplikasi untuk menyaksikan nonklasikalitasโ, arXiv: 2112.04521.
[8] Lorenzo Catani dan Matthew Leifer, "Sebuah kerangka matematika untuk penyetelan halus operasional", arXiv: 2003.10050.
[9] Victoria J Wright dan Ravi Kunjwal, โKontekstualitas dalam sistem komposit: peran keterjeratan dalam teorema Kochen-Speckerโ, arXiv: 2109.13594.
[10] Anubhav Chaturvedi, Mรกtรฉ Farkas, dan Victoria J Wright, โMencirikan dan membatasi himpunan perilaku kuantum dalam skenario kontekstualitasโ, arXiv: 2010.05853.
[11] Lorenzo Catani, Ricardo Faleiro, Pierre-Emmanuel Emeriau, Shane Mansfield, dan Anna Pappa, โMenghubungkan game XOR dan XOR*โ, arXiv: 2210.00397.
Kutipan di atas berasal dari SAO / NASA ADS (terakhir berhasil diperbarui, 2022-10-14 04:01:02). Daftar ini mungkin tidak lengkap karena tidak semua penerbit menyediakan data kutipan yang cocok dan lengkap.
On Layanan dikutip-oleh Crossref tidak ada data tentang karya mengutip ditemukan (upaya terakhir 2022-10-14 04:01:00).
Makalah ini diterbitkan dalam Quantum di bawah Creative Commons Attribution 4.0 Internasional (CC BY 4.0) lisensi. Hak cipta tetap berada pada pemegang hak cipta asli seperti penulis atau lembaganya.
