量子超高密度コーディングの古典的な類似物と単一量子システムの通信利点

量子超高密度コーディングの古典的な類似物と単一量子システムの通信利点

タイムスタンプ：9年2024月9日午前18時XNUMX分

ラム・クリシュナ・パトラ1、サヒル・ゴパルクリシュナ・ナイク1、エドウィン・ピーター・ロボ2、サムラット・セン1、タマル・グハ3、いくつかのシャンカールバッタリヤ4、ミール・アリムディン1、およびManik Banik1

1複雑系物理学科、SN ボーズ国立基礎科学センター、ブロック JD、セクター III、ソルトレーク、コルカタ 700106、インド。
2Quantique 情報研究所、ブリュッセル自由大学 (ULB)、Av. FD Roosevelt 50, 1050 ブリュッセル, ベルギー
3香港大学コンピュータサイエンス学部、ポクフラムロード、香港。
4量子技術理論国際センター、グダニスク大学、Wita Stwosza 63、80-308 グダニスク、ポーランド。

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抽象

送信者と受信者の間で共有される量子相関または古典相関が不足していない場合の通信チャネルの有用性を分析します。この目的のために、我々は二者間通信ゲームのクラスを提案し、送信者から受信者までのノイズのない $1$ ビットの古典的なチャネルが与えられた場合、ゲームに勝つことはできないことを示します。興味深いことに、チャネルが古典的な共有ランダム性によって支援されれば、目標は完全に達成できます。これは、事前共有エンタングルメントによって完全な量子通信回線の通信ユーティリティを強化できる量子超高密度コーディング現象と同様の利点に似ています。まったく驚くべきことに、古典的な共有ランダム性の助けを借りずに量子ビット通信で目標を達成できることを示し、したがって最も単純な通信シナリオで新しい量子の利点を確立します。この利点のより深い起源を追求するために、有利な量子戦略は送信側による符号化ステップと受信側による復号化ステップの両方で量子干渉を引き起こす必要があることを示します。また、対称多角形状態空間によって記述される非古典玩具システムのクラスの通信ユーティリティについても研究します。私たちは、古典的な通信の $1$ ビットでも、多角形システムの通信によっても達成できない通信タスクを思いつきます。一方、$1$ 量子ビットの通信は、それらに対して量子的優位性を確立する完璧な戦略を生み出します。この目的を達成するために、量子の利点が不完全な符号化/復号化に対して堅牢であり、現在利用可能な量子技術でプロトコルを実装できることを示します。

量子超高密度コーディングの古典的な類似物と、単一量子システム PlatoBlockchain Data Intelligence の通信利点。垂直検索。あい。

注目の画像: ゲーム $mathbb{H}^1(gamma_2,gamma_3,gamma_1)$ のパラメーター空間 ($gamma_3+gamma_1+gamma_2=3$ 平面)。オレンジ色の影の領域は、そこから選択されたパラメーター値に対して条件 ($mathrm{h}1^prime)$ と ($mathrm{h}2^prime)$ が満たされないため、非物理的なゲームです。緑色の陰影領域 (ポリトープ) は、$1$ ビットの共有ランダム性を持つ相関戦略で勝てるすべてのゲームです。緑の多面体の境界、つまり $gamma_i=0~mbox{and}~2/3、~mbox{for}~iin{1,2,3}$ は、古典的な混合戦略で勝てる唯一のゲームです。

人気の要約

日常生活のさまざまな経験において、2 つの出来事間の直接的な因果関係は、他の 2 つの出来事の両方に影響を与える 3 番目の出来事を通じて増幅されることがあります。同様に、情報伝送の分野では、量子超高密度符号化は、通信能力を持たない共有量子相関によって量子チャネルの古典的な通信効率を増強する先駆的な例です。本研究は、古典的な相関と古典的な通信チャネルが関与する並行発生を示しています。具体的には、古典的な通信の 1 ビットだけでは依然としてとらえどころのない通信タスクの例を示していますが、ビット チャネルが古典的な相関によって支援される場合には完全に実行できます。興味深いことに、最適なタスクのパフォーマンスは、共有相関の助けを借りずに 2 レベルの量子システムを送信することによって達成されます。これらの発見は、一方では新たな量子の利点を確立し、他方では、さまざまな古典的通信タスクにおけるコストフリーの古典的相関共有の前提を再評価する必要性を強調している。

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