Analogo classico della codifica quantistica superdensa e vantaggio di comunicazione di un singolo sistema quantistico

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Ram Krishna Patra¹, Sahil Gopalkrishna Naik¹, Edwin Peter Lobo², Samrat Sen¹, Tamal Guha³, Alcuni Sankar Bhattacharya⁴, signor Alimuddin¹e Manik Banik¹

¹Dipartimento di Fisica dei Sistemi Complessi, Centro Nazionale SN Bose per le Scienze di Base, Block JD, Settore III, Salt Lake, Calcutta 700106, India.
²Laboratoire d'Information Quantique, Université libre de Bruxelles (ULB), Av. FD Roosevelt 50, 1050 Bruxelles, Belgio
³Dipartimento di Informatica, Università di Hong Kong, Pokfulam Road, Hong Kong.
⁴Centro Internazionale per la Teoria delle Tecnologie Quantistiche, Università di Danzica, Wita Stwosza 63, 80-308 Danzica, Polonia.

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Astratto

Analizziamo l'utilità dei canali di comunicazione in assenza di qualsiasi correlazione quantistica o classica condivisa tra il mittente e il destinatario. A questo scopo, proponiamo una classe di giochi di comunicazione a due parti e mostriamo che i giochi non possono essere vinti dato un canale classico silenzioso da $ 1 $ bit dal mittente al destinatario. È interessante notare che l'obiettivo può essere perfettamente raggiunto se il canale è assistito dalla classica casualità condivisa. Ciò assomiglia a un vantaggio simile al fenomeno della codifica quantistica superdensa in cui l’entanglement pre-condiviso può migliorare l’utilità di comunicazione di una linea di comunicazione quantistica perfetta. Abbastanza sorprendentemente, mostriamo che una comunicazione qubit senza alcuna assistenza della classica casualità condivisa può raggiungere l’obiettivo, e quindi stabilisce un nuovo vantaggio quantistico nello scenario di comunicazione più semplice. Alla ricerca di un'origine più profonda di questo vantaggio, mostriamo che una strategia quantistica vantaggiosa deve invocare l'interferenza quantistica sia nella fase di codifica da parte del mittente che nella fase di decodifica da parte del destinatario. Studiamo anche l'utilità comunicativa di una classe di sistemi giocattolo non classici descritti da spazi di stati poligonali simmetrici. Troviamo compiti di comunicazione che non possono essere raggiunti né con la comunicazione classica da $ 1 $ né comunicando un sistema poligonale, mentre la comunicazione da $ 1 $ qubit produce una strategia perfetta, stabilendo un vantaggio quantico su di essi. A tal fine, mostriamo che i vantaggi quantistici sono robusti contro codifiche-decodifiche imperfette, rendendo i protocolli implementabili con le tecnologie quantistiche attualmente disponibili.

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Immagine in primo piano: spazio dei parametri (piano $gamma_1+gamma_2+gamma_3=1$) dei giochi $mathbb{H}^3(gamma_1,gamma_2,gamma_3)$. Le regioni ombreggiate in arancione rappresentano i giochi non fisici poiché le condizioni ($mathrm{h}1^prime)$ e ($mathrm{h}2^prime)$ non possono essere soddisfatte per i valori dei parametri scelti da lì. La regione ombreggiata in verde (politopo) indica tutti i giochi vincibili con strategie correlate con $ 1 $ di casualità condivisa. I confini del politopo verde, ovvero $gamma_i=0~mbox{e}~2/3,~mbox{for}~iin{1,2,3}$, sono gli unici giochi vincibili con le classiche strategie miste.

Riepilogo popolare

In varie esperienze della vita quotidiana, la relazione diretta di causa-effetto tra due eventi può essere amplificata attraverso un terzo evento che influenza entrambi gli altri due eventi. Allo stesso modo, nel campo della trasmissione delle informazioni, la codifica quantistica superdensa rappresenta un esempio pionieristico in cui una correlazione quantistica condivisa, priva di qualsiasi potere comunicativo, aumenta l’efficacia della comunicazione classica di un canale quantistico. Il presente studio illustra un evento parallelo che coinvolge la correlazione classica e un canale di comunicazione classico. Nello specifico, presenta un esempio di un'attività di comunicazione che rimane sfuggente solo con un bit della comunicazione classica, ma che può essere eseguita perfettamente quando il canale bit è assistito dalla correlazione classica. Curiosamente, la prestazione ottimale del compito si ottiene attraverso la trasmissione di un sistema quantistico a due livelli, senza l’aiuto di alcuna correlazione condivisa. Questi risultati, da un lato, stabiliscono un nuovo vantaggio quantistico e, dall’altro, sottolineano la necessità di rivalutare il presupposto di una condivisione di correlazione classica gratuita in vari compiti di comunicazione classica.

► dati BibTeX

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Citato da

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