Kwantumnetwerkdiscriminatie

Heruitgegeven door Plato

volgers: 0

Christoph Hirche

QMATH, Afdeling Wiskundige Wetenschappen, Universiteit van Kopenhagen, Universitetsparken 5, 2100 Kopenhagen, Denemarken

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

Het onderscheid tussen objecten, in het bijzonder kwantumtoestanden, is een van de meest fundamentele taken in de (kwantum)informatietheorie. De afgelopen jaren is er aanzienlijke vooruitgang geboekt bij de uitbreiding van het raamwerk naar point-to-point kwantumkanalen. Met de technologische vooruitgang verschuift de focus van het vakgebied echter naar complexere structuren: kwantumnetwerken. In tegenstelling tot kanalen bieden netwerken tussenliggende toegangspunten waar informatie kan worden ontvangen, verwerkt en opnieuw in het netwerk kan worden ingevoerd. In dit werk bestuderen we de discriminatie van kwantumnetwerken en de fundamentele beperkingen ervan. Met name wanneer meerdere gebruikers van het netwerk aanwezig zijn, wordt de haan van beschikbare strategieën steeds complexer. Het eenvoudigste kwantumnetwerk dat de structuur van het probleem vastlegt, wordt gegeven door een kwantumsuperkanaal. We bespreken de beschikbare klassen van strategieën bij het beschouwen van $n$ kopieën van een superkanaal en geven fundamentele grenzen aan de asymptotisch haalbare percentages in een asymmetrische discriminatie-omgeving. Verder bespreken we haalbaarheid, symmetrische netwerkdiscriminatie, de sterke omgekeerde exponent, generalisatie naar willekeurige kwantumnetwerken en ten slotte een toepassing op een actieve versie van het kwantumverlichtingsprobleem.

Quantumnetwerkdiscriminatie PlatoBlockchain Data Intelligence. Verticaal zoeken. Ai.

Uitgelichte afbeelding: de afbeelding toont twee strategieën voor het onderscheiden van superkanalen die uniek zijn voor deze instelling en niet logisch zijn bij het overwegen van eenvoudigere instellingen zoals point-to-point kwantumkanalen. Ze illustreren de extra kansen maar ook uitdagingen bij het bepalen van optimale tarieven voor netwerkdiscriminatie.

► BibTeX-gegevens

@article{Hirche2023quantumnetwork, doi = {10.22331/q-2023-07-25-1064}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-07-25-1064}, title = {Quantum { N}netwerk {D}onderscheiding}, auteur = {Hirche, Christoph}, tijdschrift = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, uitgever = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publicaties in de Quantenwissenschaften}}, volume = {7}, pagina's = {1064}, maand = jul, jaar = {2023} }

► Referenties

[1] Ligong Wang en Renato Renner. "Eenmalige klassieke kwantumcapaciteit en hypothesetesten". Fysieke beoordelingsbrieven 108, 200501 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.200501

[2] Nilanjana Datta, Milan Mosonyi, Min-Hsiu Hsieh en Fernando GSL Brandao. "Een soepele entropiebenadering van het testen van kwantumhypotheken en de klassieke capaciteit van kwantumkanalen". IEEE-transacties op informatietheorie 59, 8014-8026 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2013.2282160

[3] Fernando GSL Brandao, Aram W Harrow, James R Le en Yuval Peres. "Tegenspraakhypothesetesten en het lemma van een kwantumstein voor beperkte metingen". IEEE-transacties op informatietheorie 66, 5037-5054 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2020.2979704

[4] T. Cooney, C. Hirche, C. Morgan, JP Olson, KP Seshadreesan, J. Watrous en MM Wilde. "Operationele betekenis van kwantummaatregelen voor herstel". Fysieke beoordeling A 94, 022310 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.022310

[5] Christoph Hirche, Masahito Hayashi, Emilio Bagan en John Calsamiglia. "Onderscheidingsvermogen van een kwantumdetector". Fysieke beoordelingsbrieven 118, 160502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.160502

[6] KMR Audenaert, M. Nussbaum, A. Szkoła en F. Verstraete. "Asymptotische foutpercentages bij het testen van kwantumhypotheken". Communicatie in wiskundige natuurkunde 279, 251-283 (2008).
https://doi.org/10.1007/s00220-008-0417-5

[7] Mario Berta, Fernando GSL Brandao en Christoph Hirche. "Over samengestelde kwantumhypothese testen". gemeenschappelijk. Wiskunde. Fysiek. 385, 55-77 (2021).
https://doi.org/10.1007/s00220-021-04133-8

[8] Mark M Wilde, Mario Berta, Christoph Hirche en Eneet Kaur. "Afgeschreven kanaaldivergentie voor asymptotische kwantumkanaaldiscriminatie". Brieven in wiskundige natuurkunde 110, 2277-2336 (2020).
https://doi.org/10.1007/s11005-020-01297-7

[9] Xin Wang en Mark M.Wilde. "Resource-theorie van asymmetrische onderscheidbaarheid voor kwantumkanalen". Fysiek onderzoek Onderzoek 1, 033169 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.1.033169

[10] Kun Fang, Omar Fawzi, Renato Renner en David Sutter. "Een kettingregel voor de kwantum relatieve entropie". Fysiek. Eerwaarde Lett. 124, 100501 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.100501

[11] Masahito Hayashi. "Onderscheiding van twee kanalen door adaptieve methoden en de toepassing ervan op het kwantumsysteem". IEEE-transacties op informatietheorie 55, 3807-3820 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2009.2023726

[12] Mario Berta, Christoph Hirche, Eneet Kaur en Mark M Wilde. "Stein's lemma voor klassieke kwantumkanalen". In 2019 IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT). Pagina's 2564-2568. IEEE (2019).
https: / / doi.org/ 10.1109 / ISIT.2019.8849562

[13] Farzin Salek, Masahito Hayashi en Andreas Winter. "Nut van adaptieve strategieën bij asymptotische kwantumkanaaldiscriminatie". Fysiek. Rev. A 105, 022419 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.022419

[14] Christoph Hirche. "Van asymptotische hypothesetesten tot entropie-ongelijkheden" (2018). arXiv:1812.05142.
arXiv: 1812.05142

[15] Hisaharu Umegaki. "Voorwaardelijke verwachtingen in een operatoralgebra, IV (entropie en informatie)". Kodai Mathematical Seminar Reports 14, 59-85 (1962).
https:///doi.org/10.2996/kmj/1138844604

[16] Dénes Petz. "Quasi-entropieën voor toestanden van een von Neumann-algebra". Uitg. RIMS, Universiteit van Kyoto 21, 787-800 (1985).
https:///doi.org/10.2977/PRIMS/1195178929

[17] Dénes Petz. "Quasi-entropieën voor eindige kwantumsystemen". Rapporten in Mathematical Physics 23, 57-65 (1986).
https://doi.org/10.1016/0034-4877(86)90067-4

[18] KMR Audenaert, J. Calsamiglia, R. Muñoz-Tapia, E. Bagan, L. Masanes, A. Acin en F. Verstraete. "Discriminerende staten: de quantum Chernoff-grens". Fysieke beoordelingsbrieven 98, 160501 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.160501

[19] Michael Nussbaum en Arleta Szkoła. "De ondergrens van Chernoff voor het testen van symmetrische kwantumhypotheken". De Annalen van de Statistiek 37, 1040-1057 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1214 / 08-AOS593

[20] Martin Müller-Lennert, Frédéric Dupuis, Oleg Szehr, Serge Fehr en Marco Tomamichel. "Over kwantum Rényi-entropieën: een nieuwe generalisatie en enkele eigenschappen". Journal of Mathematical Physics 54, 122203 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4838856

[21] Mark M. Wilde, Andreas Winter en Dong Yang. "Sterke conversatie voor het klassieke vermogen van het doorbreken van verstrengeling en Hadamard-kanalen via een ingeklemde Rényi relatieve entropie". Communicatie in wiskundige natuurkunde 331, 593-622 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s00220-014-2122-x

[22] Armin Uhlman. "De "overgangskans" in de toestandsruimte van een *-algebra". Rapporten over wiskundige natuurkunde 9, 273-279 (1976).
https://doi.org/10.1016/0034-4877(76)90060-4

[23] Nilanjana Datta. "Min- en max-relatieve entropieën en een nieuwe monotone verstrengeling". IEEE-transacties op informatietheorie 55, 2816-2826 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2009.2018325

[24] Rahul Jain, Jaikumar Radhakrishnan en Pranab Sen. "Privacy en interactie in de complexiteit van kwantumcommunicatie en een stelling over de relatieve entropie van kwantumtoestanden". In Proceedings of the 43rd Annual IEEE Symposium on Foundations of Computer Science. Pagina's 429-438. (2002).
https: / / doi.org/ 10.1109 / SFCS.2002.1181967

[25] Debbie Leung en William Matthews. "Over de kracht van PPT-behoudende en niet-signalerende codes". IEEE Transactions of Information Theory 61, 4486-4499 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2015.2439953

[26] Xin Wang, Kun Fang en Runyao Duan. "Semidefiniet programmeren tegengestelde grenzen voor kwantumcommunicatie". IEEE-transacties op informatietheorie 65, 2583-2592 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2018.2874031

[27] Eric Chitambar en Gilad Gour. "Quantum resource theorieën". Recensies van Modern Physics 91, 025001 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.91.025001

[28] Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D'Ariano en Paolo Perinotti. "Theoretisch raamwerk voor kwantumnetwerken". Fysieke beoordeling A 80, 022339 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.80.022339

[29] Gilad Gour. "Vergelijking van kwantumkanalen met superkanalen". IEEE-transacties op informatietheorie 65, 5880-5904 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2019.2907989

[30] Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D'Ariano en Paolo Perinotti. "Kwantumbewerkingen transformeren: kwantumsuperkaarten". EPL (Europhysics Letters) 83, 30004 (2008).
https://doi.org/10.1209/0295-5075/83/30004

[31] A. Bisio, G. Chiribella, GM D'Ariano en P. Perinotti. "Kwantumnetwerken: algemene theorie en toepassingen". Acta Physica Slovaka 61, 273-390 (2011).
https://doi.org/10.2478/v10155-011-0003-9

[32] Alessandro Bisio, Giacomo Mauro D'Ariano, Paolo Perinotti en Giulio Chiribella. "Minimale rekenruimte-implementatie van multiround kwantumprotocollen". Fysieke beoordeling A 83, 022325 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.022325

[33] Gilad Gour en Carlo Maria Scandolo. "Dynamische bronnen" (2020). arXiv:2101.01552.
arXiv: 2101.01552

[34] Giulio Chiribella, Giacomo M D'Ariano en Paolo Perinotti. "Geheugeneffecten bij kwantumkanaaldiscriminatie". Fysieke beoordelingsbrieven 101, 180501 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.101.180501

[35] Kenji Nakahira en Kentaro Kato. "Eenvoudige boven- en ondergrenzen van de ultieme kans op succes voor het onderscheiden van willekeurige eindig-dimensionale kwantumprocessen". Fysieke beoordelingsbrieven 126, 200502 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.200502

[36] Carl W. Helström. "Kwantumdetectie en schattingstheorie". Journal of statistische fysica 1, 231-252 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01007479

[37] Alexander S. Holevo. "Statistische beslissingstheorie voor kwantumsystemen". Journal of multivariate analyse 3, 337-394 (1973).
https://doi.org/10.1016/0047-259X(73)90028-6

[38] Carl W. Helstrom. "Kwantumdetectie en schattingstheorie". Academisch. New York (1976).

[39] Tom Cooney, Milán Mosonyi en Mark M. Wilde. "Sterke omgekeerde exponenten voor een kwantumkanaaldiscriminatieprobleem en door kwantumfeedback ondersteunde communicatie". Communicatie in wiskundige natuurkunde 344, 797-829 (2016).
https://doi.org/10.1007/s00220-016-2645-4

[40] Yury Polyanskiy en Sergio Verdú. "Arimoto-kanaalcodering converse en Rényi-divergentie". In Proceedings of the 48th Annual Allerton Conference on Communication, Control, and Computation. Pagina's 1327-1333. (2010).
https://doi.org/10.1109/ALLERTON.2010.5707067

[41] Naresh Sharma en Naqueeb Ahmad Warsi. "Over de sterke tegenstellingen voor de kwantumkanaalcapaciteitsstellingen". Fysiek. Eerwaarde Lett. 110, 080501 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.080501

[42] Hamza Fawzi en Omar Fawzi. "Kwantumafwijkingen definiëren via convexe optimalisatie". Kwantum 5, 387 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2021-01-26-387

[43] Kun Fang en Hamza Fawzi. "Geometrische Rényi-divergentie en zijn toepassingen in kwantumkanaalcapaciteiten". Communicatie in wiskundige natuurkunde 384, 1615-1677 (2021).
https://doi.org/10.1007/s00220-021-04064-4

[44] Fumio Hiai en Dénes Petz. "De juiste formule voor relatieve entropie en zijn asymptotiek in kwantumwaarschijnlijkheid". Communicatie in wiskundige natuurkunde 143, 99-114 (1991).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02100287

[45] Marco Tomamichel en Masahito Hayashi. "Een hiërarchie van informatiehoeveelheden voor eindige bloklengte-analyse van kwantumtaken". IEEE-transacties op informatietheorie 59, 7693-7710 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2013.2276628

[46] Ke Li et al. "Tweede-orde asymptotiek voor het testen van kwantumhypotheken". De Annalen van de Statistiek 42, 171-189 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1214 / 13-AOS1185

[47] Milan Mosonyi en Tomohiro Ogawa. "Kwantumhypothese testen en de operationele interpretatie van de kwantum rényi relatieve entropieën". Communicatie in wiskundige natuurkunde 334, 1617-1648 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s00220-014-2248-x

[48] Milan Mosonyi en Fumio Hiai. "Over de quantum rényi relatieve entropieën en gerelateerde capaciteitsformules". IEEE-transacties op informatietheorie 57, 2474-2487 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2011.2110050

[49] Set Lloyd. "Verbeterde gevoeligheid van fotodetectie via kwantumverlichting". Wetenschap 321, 1463-1465 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.11606

[50] Jessica Bavaresco, Mio Murao en Marco Túlio Quintino. "Strikte hiërarchie tussen parallelle, sequentiële en onbepaalde causale ordestrategieën voor kanaaldiscriminatie". Fysieke beoordelingsbrieven 127, 200504 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.200504

[51] Marco Tomamichel. "Een raamwerk voor niet-asymptotische kwantuminformatietheorie" (2012). arXiv:1203.2142.
arXiv: 1203.2142

[52] Andreas Winter. "Probleemsessie openen". Rocky Mountain-top over kwantuminformatie (2018).

[53] Zi-Wen Liu en Andreas Winter. "Resource-theorieën van kwantumkanalen en de universele rol van het wissen van resources" (2019). arXiv:1904.04201.
arXiv: 1904.04201

[54] Gilad Gour en Andreas Winter. "Hoe een dynamische kwantumbron te kwantificeren". Fysieke beoordelingsbrieven 123, 150401 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.150401

Geciteerd door

[1] Sumit Rout, Ananda G. Maity, Amit Mukherjee, Saronath Halder en Manik Banik, "Meerpartijen orthogonale productstaten met minimale echte non-lokaliteit", Fysieke beoordeling A 104 5, 052433 (2021).

[2] Kenji Nakahira en Kentaro Kato, "Gegeneraliseerde kwantumprocesdiscriminatieproblemen", Fysieke beoordeling A 103 6, 062606 (2021).

[3] Samrat Sen, Edwin Peter Lobo, Sahil Gopalkrishna Naik, Ram Krishna Patra, Tathagata Gupta, Subhendu B. Ghosh, Sutapa Saha, Mir Alimuddin, Tamal Guha, Some Sankar Bhattacharya en Manik Banik, "Lokale kwantumstatusmarkering", Fysieke beoordeling A 105 3, 032407 (2022).

Bovenstaande citaten zijn afkomstig van SAO / NASA ADS (laatst bijgewerkt met succes 2023-07-25 10:03:14). De lijst is mogelijk onvolledig omdat niet alle uitgevers geschikte en volledige citatiegegevens verstrekken.

Kon niet ophalen Door Crossref geciteerde gegevens tijdens laatste poging 2023-07-25 10:03:12: kon niet geciteerde gegevens voor 10.22331 / q-2023-07-25-1064 niet ophalen van Crossref. Dit is normaal als de DOI recent is geregistreerd.

Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.