1המחלקה לפיזיקה, אוניברסיטת דיוק, דורהאם, צפון קרוליינה, ארה"ב 27708
2המרכז למידע קוונטי ותקשורת, Ecole polytechnique de Bruxelles, CP 165, Université libre de Bruxelles, 1050 בריסל, בלגיה
מצא את העיתון הזה מעניין או רוצה לדון? סקייט או השאירו תגובה ב- SciRate.
תַקצִיר
אנו רואים את בעיית התקשורת הקלאסית הנעזרת בהסתבכות חד-פעמית. במשטר אפס שגיאות, הסתבכות יכולה להגדיל את יכולת אפס שגיאה אחת של משפחת ערוצים קלאסיים בעקבות האסטרטגיה של Cubitt et al., Phys. הכומר לט. 104, 230503 (2010). אסטרטגיה זו משתמשת במשפט Kochen-Specker אשר ישים רק למדידות השלכה. ככזה, במשטר של מצבים רועשים ו/או מדידות, אסטרטגיה זו אינה יכולה להגדיל את הקיבולת. כדי להתאים למצבים רועשים באופן כללי, אנו בוחנים את הסתברות ההצלחה החד-פעמית של שליחת מספר קבוע של הודעות קלאסיות. אנו מראים שהקשריות ההכנה מעצימה את היתרון הקוונטי במשימה זו, ומגדילה את הסתברות ההצלחה החד-פעמית מעבר למקסימום הקלאסי. הטיפול שלנו משתרע מעבר ל-Cubitt et al. וכולל, למשל, את הפרוטוקול המיושם בניסוי של Prevedel et al., Phys. הכומר לט. 106, 110505 (2011). לאחר מכן אנו מראים מיפוי בין משימת תקשורת זו לבין משחק לא מקומי מתאים. מיפוי זה מכליל את הקשר עם משחקי פסאודוטלפתיה שצוינו בעבר במקרה של אפס שגיאות. לבסוף, לאחר הנעה של אילוץ שאנו מכנים $textit{context-independent gussing}$, אנו מראים שהקשריות שבה ניתן לראות אי-השוויון הבלתי-קונטקסטואליות חזקות רעש שהושגו ב-R. Kunjwal, Quantum 4, 219 (2020), מספיקה לשיפור האחד- הסתברות הצלחה של זריקה. זה מספק משמעות תפעולית לאי-השוויון הללו ולאינוריאנטית ההיפרגרף הקשורה, יכולת הניבוי המקסימלית המשוקללת, שהוצג ב-R. Kunjwal, Quantum 3, 184 (2019). התוצאות שלנו מראות שהמשימה של תקשורת קלאסית בעזרת הסתבכות מספקת קרקע פורייה לחקר יחסי הגומלין של משפט קוכן-ספקר, ההקשריות של Spekkens ואי-לוקאליות בל.
תמונה מוצגת: איור של פרוטוקול התקשורת הקלאסי בסיוע הסתבכות חד-פעמי.
[תוכן מוטבע]
סיכום פופולרי
באופן ספציפי, אנו חוקרים את בעיית התקשורת הבאה: אליס (השולחת) מחוברת לבוב (המקלט) דרך ערוץ קלאסי רועש. הם מורשים גישה להסתבכות משותפת ויכולים ליישם מדידות קוונטיות מקומיות. ידוע כי עבור משפחה מסוימת של ערוצים קלאסיים בהשראת משפט קוכן-ספקר, ניתן להגדיל את מספר ההודעות שניתן לשלוח ללא שגיאה על פני הערוץ הקלאסי (כלומר, קיבולת אפס שגיאה אחת) עם גישה להסתבכות משותפת. תוצאת אפס שגיאה זו עקב Cubitt et al. [פי.ז. הכומר לט. 104, 230503 (2010)] קשורה קשר הדוק גם למשחקים לא מקומיים הידועים כמשחקי פסאודוטלפתיה המודים באסטרטגיות מנצחות קוונטיות מושלמות.
אנו חוקרים בעיית תקשורת זו במשטר הרועש שבו משפט קוכן-ספקר אינו ניתן ליישום. תוך כדי כך, אנו מראים את הקשר האינטימי של בעיה זו עם הקשריות חזקה ברעש בניסוח שהוצע על ידי Spekkens [Phys. Rev. A 71, 052108 (2005)] ועם משפחה של משחקים לא מקומיים בהשראת בעיית התקשורת. תחת הנחה שהצדדים אינם סומכים על ההסתברויות הקשורות לערוץ הקלאסי, אלא סומכים רק על המבנה האפשרי שלו (מקודד בהיפרגרף הערוץ), אנו מראים גם שהקשריות איתנה ברעש, בה ניתן לראות אינוריאנטי היפרגרף מספיקה ליתרון קוונטי ב המשימה הזו. זה מספק משמעות מבצעית לעדי ההקשריות שהושגו ב-R. Kunjwal, Quantum 4, 219 (2020).
► נתוני BibTeX
► הפניות
[1] J. S. Bell, על פרדוקס איינשטיין-פודולסקי-רוזן, פיזיקה 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195
[2] JF Clauser, MA Horne, A. Shimony, ו- RA Holt, ניסוי מוצע לבדיקת תיאוריות מקומיות נסתרות-משתנים, פיזיק. הכומר לט. 23, 880 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880
[3] S. Kochen and E. P. Specker, The Problem of Hidden Variables in Quantum Mechanics, ב-The logico-algebraic approach to quantum mechanics (Springer, 1975) עמ' 293–328.
https://doi.org/10.1007/978-94-010-1795-4_17
[4] ר' רנר וש' וולף, פסאודו-טלפתיה קוונטית ומשפט קוכן-ספקר, בסימפוזיון הבינלאומי על תורת המידע, 2004. ISIT 2004. הליכים. (IEEE, 2004) עמ' 322–322.
https: / / doi.org/ 10.1109 / ISIT.2004.1365359
[5] G. Brassard, A. Broadbent, and 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, and A. Winter, שיפור תקשורת קלאסית עם אפס שגיאות עם הסתבכות, פיזי. הכומר לט. 104, 230503 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.230503
[7] M. Howard, J. Wallman, V. Veich, and J. Emerson, Contextuality מספקת את ה'קסם' לחישוב קוונטי, Nature 510, 351 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature13460
[8] J. Barrett and A. Kent, Non-contextuality, finite precision measurement and theorem Kochen-Specker, Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics 35, 151 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.shpsb.2003.10.003
[9] א. וינטר, מה מוכיח או מפריך מבחן ניסיוני של הקשר קוונטי?, 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 Framework: קבלת תחושה של הקשריות ללא חדות מדידות, Quantum 3, 184 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-09-184
[11] A. Cabello, מה אנו לומדים על תורת הקוונטים מהקשריות קוונטית של Kochen-Specker?, PIRSA 17070034 (2017).
https: / / doi.org/ 10.48660 / 17070034
[12] G. Chiribella and X. Yuan, חדות המדידה חותכת אי-לוקאליות והקשריות בכל תיאוריה פיזיקלית, arXiv preprint arXiv:1404.3348 (2014).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1404.3348
arXiv: 1404.3348
[13] RW Spekkens, הקשר להכנות, טרנספורמציות ומדידות לא חדות, Phys. הכומר A 71, 052108 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.052108
[14] MD Mazurek, MF Pusey, R. Kunjwal, KJ Resch ו- RW Spekkens, מבחן ניסיוני של אי -קונטקסטואליות ללא אידיאליזציות לא פיזיות, תקשורת טבע 7, 1 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms11780
[15] M. F. Pusey, L. Del Rio, and B. Meyer, Contextuality without גישה לסט שלם מבחינה טומוגרפית, arXiv preprint arXiv:1904.08699 (2019).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1904.08699
arXiv: 1904.08699
[16] MD Mazurek, MF Pusey, KJ Resch ו- RW Spekkens, מגבילים באופן ניסיוני סטיות מתורת הקוונטים בנוף של תיאוריות הסתברותיות כלליות, PRX Quantum 2, 020302 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020302
[17] R. Kunjwal and R. W. Spekkens, From the Kochen-Specker Theorem to Noncontextuality Inequalities without Assuming Determinism, Phys. הכומר לט. 115, 110403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.110403
[18] R. Kunjwal ו-R. W. Spekkens, מהוכחות סטטיסטיות למשפט קוצ'ן-ספקר ועד לאי-שוויון עמידים ברעש, פיזי. ר' א 97, 052110 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.052110
[19] RW Spekkens, DH Buzacott, AJ Keehn, B. Toner ו- GJ Pryde, הכנת ההקשר מאפשרת ריבוב זוגי-חסר מודעות, פיז. הכומר לט. 102, 010401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.010401
[20] A. Chailloux, I. Kerenidis, S. Kundu, ו-J. Sikora, גבולות אופטימליים לקודי גישה אקראית שלא מתעלמים מזוגיות, New Journal of Physics 18, 045003 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/4/045003
[21] D. Schmid ו-RW Spekkens, Contextual Advantage for State Discrimination, Phys. Rev. X 8, 011015 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.011015
[22] D. Saha and A. Chaturvedi, ההקשריות של הכנה כמאפיין חיוני העומד בבסיס יתרון התקשורת הקוונטית, Phys. Rev. A 100, 022108 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022108
[23] D. Saha, P. Horodecki, and M. Pawłowski, State Independent Contextuality מקדמת תקשורת חד-כיוונית, New Journal of Physics 21, 093057 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab4149
[24] R. Kunjwal, M. Lostaglio, and M. F. Pusey, ערכים חלשים חריגים והקשריות: איתנות, הדוקות וחלקים דמיוניים, Phys. Rev. A 100, 042116 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.042116
[25] M. Lostaglio ו-G. Senno, יתרון קונטקסטואלי עבור שיבוט תלוי-מדינה, Quantum 4, 258 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-04-27-258
[26] R. Kunjwal, Contextuality beyond the Kochen-Specker theorem, arXiv preprint arXiv:1612.07250 (2016).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1612.07250
arXiv: 1612.07250
[27] R. Kunjwal, מסגרת היפרגרף לאי-שוויון בלתי-קונטקסטואליים בלתי ניתנים לצמצום מהוכחות לוגיות של משפט Kochen-Specker, Quantum 4, 219 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-01-10-219
[28] R. Prevedel, Y. Lu, W. Matthews, R. Kaltenbaek, and K. J. Resch, Communication Classical Entanglement-Enhanced Over a Noisy Classical Channel, Phys. הכומר לט. 106, 110505 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.110505
[29] B. Hemenway, C. A. Miller, Y. Shi, and M. Wootters, תקשורת קלאסית אופטימלית בעזרת הסתבכות חד-פעמית, Phys. ר' א 87, 062301 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.062301
[30] ג'יי בארט, עיבוד מידע בתיאוריות הסתברותיות כלליות, Phys. הכומר A 75, 032304 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032304
[31] A. Acín, T. Fritz, A. Leverrier, ו-A. B. Sainz, A. Combinator Approach to Nonlocality and Contextuality, Communications in Mathematical Physics 334, 533 (2015).
https://doi.org/10.1007/s00220-014-2260-1
[32] RW Spekkens, The ontological indiscernibles אמפיריים: העיקרון המתודולוגי של לייבניץ ומשמעותו בעבודתו של איינשטיין, 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 ו-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] מ.פ. פוסיי, אי-שוויון בהכנה חזקה ללא הקשר בתרחיש הפשוט ביותר, פיזי. ר' א 98, 022112 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.022112
[35] A. Tavakoli ו- R. Uola, חוסר תאימות למדידה והיגוי נחוצים ומספיקים לקונטקסטואליות תפעולית, Phys. מחקר שני 2, 013011 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013011
[36] M. S. Leifer and O. J. E. Maroney, Maximally Epistemic Interpretations of the Quantum State and Contextuality, Phys. הכומר לט. 110, 120401 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.120401
[37] L. P. Hughston, R. Jozsa, ו-W. K. Wootters, סיווג שלם של הרכבים קוונטיים בעלי מטריצת צפיפות נתונה, 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, and A. Roy, מודלים אונטולוגיים, הקשריות הכנה ואי-לוקאליות, יסודות הפיזיקה 44, 1230 (2014).
https://doi.org/10.1007/s10701-014-9839-4
[39] P. Heywood and 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, and S. Wehner, Bell nonlocality, Rev. Mod. פיזי. 86, 419 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
[41] S. Popescu and D. Rohrlich, Nonlocality Quantum as an axiom, Foundations of Physics 24, 379 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098
[42] א' פרס, שתי הוכחות פשוטות למשפט קוכן-ספקר, כתב עת לפיזיקה א': מתמטי וכללי 24, L175 (1991).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/24/4/003
[43] א.פרס, תוצאות לא תואמות של מדידות קוונטיות, אותיות פיזיקה א 151, 107 (1990).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(90)90172-K
[44] N. D. Mermin, Hidden variables and שני המשפטים של John Bell, Rev. Mod. פיזי. 65, 803 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.65.803
[45] א' פרס, תורת הקוונטים: מושגים ושיטות, כרך א. 57 (Springer Science & Business Media, 2006).
https://doi.org/10.1007/0-306-47120-5
[46] A. A. Klyachko, M. A. Can, S. Binicioğlu, and A. S. Shumovsky, Simple Test for Hidden Variables in Spin-1 Systems, Phys. הכומר לט. 101, 020403 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.101.020403
[47] S. Uijlen and B. Westerbaan, מערכת Kochen-Specker כוללת לפחות 22 וקטורים, New Generation Computing 34, 3 (2016).
https://doi.org/10.1007/s00354-016-0202-5
[48] F. Arends, A bound on the size of the smallest Kochen-Specker System Vector, תזה לתואר שני, אוניברסיטת אוקספורד (2009).
http:///www.cs.ox.ac.uk/people/joel.ouaknine/download/arends09.pdf
[49] R. Kunjwal, C. Heunen, and T. Fritz, מימוש קוונטי של מבני מדידה משותפים שרירותיים, Phys. ר' א 89, 052126 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.052126
[50] N. Andrejic ו-R. Kunjwal, מבנים ניתנים למדידה משותפת עם מדידות קיוביט: אי התאמה באמצעות ניתוח שוליים, Phys. Rev. Research 2, 043147 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043147
[51] R. Kunjwal ו-S. Ghosh, הוכחה מינימלית תלוית מצב של הקשריות מדידה עבור קיוביט, Phys. ר' א 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, and P. Xue, Experimental generalized contextual with single-photon qubits, Optica 4, 966 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.4.000966
[53] I. Marvian, מידע בלתי נגיש במודלים הסתברותיים של מערכות קוונטיות, אי שוויון לא-קונטקסטואליות וספי רעש להקשריות, 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, ו-A. Winter, קיבולת ערוץ אפס שגיאות וסימולציה בסיוע מתאמים לא מקומיים, IEEE Transactions on Information Theory 57, 5509 (2011).
https: / doi.org/â € ‹10.1109 / TIT.2011.2159047
[55] C. E. Shannon, הערה על הזמנה חלקית לערוצי תקשורת, מידע ובקרה 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, and R. W. Spekkens, Understanding the interplay of entanglement and nonlocality: motiving and developing a new branch of Entanglement Theory, arXiv preprint arXiv:2004.09194 (2020).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2004.09194
arXiv: 2004.09194
[57] L. Hardy, Nonlocality עבור שני חלקיקים ללא אי-שוויון כמעט לכל המצבים הסתבכו, Phys. הכומר לט. 71, 1665 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.71.1665
[58] A. Cabello, J. Estebaranz, and G. García-Alcaine, Bell-Kochen-Specker theorem: הוכחה עם 18 וקטורים, Physics Letters A 212, 183 (1996).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(96)00134-X
מצוטט על ידי
[1] ויקטור גיטון ומישה פ. וודס, "על פרצת המערכת של אי-קונטקסטואליות כללית", arXiv: 2209.04469.
[2] לורנצו קאטאני, מתיו לייפר, דיוויד שמיד ורוברט וו. ספקנס, "מדוע תופעות התאבכות אינן תופסות את המהות של תורת הקוונטים", arXiv: 2111.13727.
[3] ג'ון ה. סלבי, אלי וולף, דיוויד שמיד ואנה בלן סינץ, "תוכנית ליניארית בקוד פתוח לבדיקת אי-קלאסיות", arXiv: 2204.11905.
[4] דיוויד שמיד, האוסינג דו, ג'ון ה. סלבי ומתיו פ.פוסי, "ייחודיות של מודלים לא-קונטקסטואליים עבור תת-תיאוריות מייצבות", מכתבי ביקורת גופנית 129 12, 120403 (2022).
[5] ג'ון ה. סלבי, דיוויד שמיד, אלי וולף, אנה בלן סינץ, ראווי קונג'וואל ורוברט וו. ספקנס, "קונטקסטואליות ללא חוסר התאמה", arXiv: 2106.09045.
[6] ארמין טבקולי, עמנואל זמבריני קרוזיירו, רופ אולה ואלאסטייר א 'אבוט, "גבול ומדמה מתאם הקשר בהלכה קוונטית", PRX Quantum 2 2, 020334 (2021).
[7] ג'ון ה. סלבי, דיוויד שמיד, אלי וולף, אנה בלן סינץ, ראווי קונג'וואל ורוברט וו. ספקנס, "פרגמנטים נגישים של תיאוריות הסתברותיות מוכללות, שוויון חרוט ויישומים לראיית אי-קלאסיות". arXiv: 2112.04521.
[8] לורנצו קאטאני ומתיו לייפר, "מסגרת מתמטית לכוונון עדין תפעולי", arXiv: 2003.10050.
[9] ויקטוריה ג'יי רייט ורווי קונג'וואל, "קונטקסטואליות במערכות מורכבות: תפקיד ההסתבכות במשפט קוכן-ספקר", arXiv: 2109.13594.
[10] אנובהב צ'טורוודי, מאטה פרקאס וויקטוריה ג'יי רייט, "אפיון ותחם מערך ההתנהגויות הקוונטיות בתרחישי הקשר", arXiv: 2010.05853.
[11] לורנצו קאטאני, ריקרדו פליירו, פייר-עמנואל אמריאו, שיין מנספילד ואנה פפה, "מחברים משחקי XOR ו-XOR*", arXiv: 2210.00397.
הציטוטים לעיל הם מ- מודעות SAO / NASA (עודכן לאחרונה בהצלחה 2022-10-14 04:01:02). הרשימה עשויה להיות שלמה מכיוון שלא כל בעלי האתרים מספקים נתוני ציטוט ראויים ומלאים.
On השירות המוזכר של קרוסרף לא נמצאו נתונים על ציטוט עבודות (ניסיון אחרון 2022-10-14 04:01:00)
מאמר זה מתפרסם בקוונטים תחת התקציב ייחוס Creative Commons 4.0 הבינלאומי (CC BY 4.0) רישיון. זכויות יוצרים נשארות עם בעלי זכויות היוצרים המקוריים כמו המחברים או מוסדותיהם.
