1Institutt for fysikk, Duke University, Durham, North Carolina, USA 27708
2Senter for kvanteinformasjon og kommunikasjon, Ecole polytechnique de Bruxelles, CP 165, Université libre de Bruxelles, 1050 Brussel, Belgia
Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.
Abstrakt
Vi tar for oss problemet med entanglement-assistert klassisk kommunikasjon. I null-feil-regimet kan sammenfiltring øke one-shot null-feil-kapasiteten til en familie av klassiske kanaler etter strategien til Cubitt et al., Phys. Rev. Lett. 104, 230503 (2010). Denne strategien bruker Kochen-Specker-teoremet som kun gjelder for projektive målinger. Som sådan, i regimet med støyende tilstander og/eller målinger, kan ikke denne strategien øke kapasiteten. For å imøtekomme generisk støyende situasjoner undersøker vi suksesssannsynligheten for å sende et fast antall klassiske meldinger. Vi viser at forberedelseskontekstualitet driver kvantefordelen i denne oppgaven, og øker sannsynligheten for suksess i ett slag utover det klassiske maksimumet. Vår behandling strekker seg utover Cubitt et al. og inkluderer for eksempel den eksperimentelt implementerte protokollen til Prevedel et al., Phys. Rev. Lett. 106, 110505 (2011). Vi viser deretter en kartlegging mellom denne kommunikasjonsoppgaven og et tilsvarende ikke-lokalt spill. Denne kartleggingen generaliserer sammenhengen med pseudotelepati-spill som tidligere er notert i null-feilsaken. Til slutt, etter å ha motivert en begrensning vi kaller $textit{kontekstuavhengig gjetting}$, viser vi at kontekstualitet vitne til av støysterke ikke-kontekstualitetsulikheter oppnådd i R. Kunjwal, Quantum 4, 219 (2020), er tilstrekkelig for å forbedre den ene- sannsynlighet for skuddsuksess. Dette gir en operasjonell mening til disse ulikhetene og den tilhørende hypergrafinvarianten, den vektede maks-forutsigbarheten, introdusert i R. Kunjwal, Quantum 3, 184 (2019). Resultatene våre viser at oppgaven med entanglement-assistert klassisk kommunikasjon gir en grobunn for å studere samspillet mellom Kochen-Specker-teoremet, Spekkens kontekstualitet og Bell ikke-lokalitet.
Utvalgt bilde: Illustrasjon av den sammenfiltringsassisterte, klassiske kommunikasjonsprotokollen.
[Innebygd innhold]
Populært sammendrag
Konkret studerer vi følgende kommunikasjonsproblem: Alice (senderen) er koblet til Bob (mottakeren) via en støyende klassisk kanal. De har tilgang til delt sammenfiltring og kan implementere lokale kvantemålinger. Det er kjent at for en viss familie av klassiske kanaler inspirert av Kochen-Specker-teoremet, kan antallet meldinger som kan sendes uten feil over den klassiske kanalen (dvs. den engangs null-feilkapasitet) økes med tilgang til delt forvikling. Dette nullfeilresultatet skyldes Cubitt et al. [Fys. Rev. Lett. 104, 230503 (2010)] er også nært beslektet med ikke-lokale spill kjent som pseudotelepati-spill som innrømmer perfekte kvantevinnende strategier.
Vi studerer dette kommunikasjonsproblemet i det støyende regimet der Kochen-Specker-teoremet er uanvendelig. På den måten viser vi den nære sammenhengen mellom dette problemet og støy-robust kontekstualitet i formuleringen foreslått av Spekkens [Phys. Rev. A 71, 052108 (2005)] og med en familie av ikke-lokale spill inspirert av kommunikasjonsproblemet. Under en antakelse om at partene ikke stoler på sannsynlighetene knyttet til den klassiske kanalen, men kun stoler på dens mulige struktur (kodet i kanalhypergrafen), viser vi også at støyrobust kontekstualitet bevitnet av en hypergrafinvariant er tilstrekkelig for kvantefordel i denne oppgaven. Dette gir en operasjonell mening til kontekstualitetsvitnene innhentet i R. Kunjwal, Quantum 4, 219 (2020).
► BibTeX-data
► Referanser
[1] JS Bell, On the Einstein-Podolsky-Rosen paradox, Physics 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195
[2] JF Clauser, MA Horne, A. Shimon, og RA Holt, foreslått eksperiment for å teste lokale skjulte variabelle teorier, Phys. Pastor Lett. 23, 880 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880
[3] S. Kochen og EP Specker, The Problem of Hidden Variables in Quantum Mechanics, i The logico-algebraic approach to quantum mechanics (Springer, 1975) s. 293–328.
https://doi.org/10.1007/978-94-010-1795-4_17
[4] R. Renner og S. Wolf, Quantum pseudo-telepathy and the Kochen-Specker theorem, i International Symposium on Information Theory, 2004. ISIT 2004. Proceedings. (IEEE, 2004) s. 322–322.
https: / / doi.org/ 10.1109 / ISIT.2004.1365359
[5] G. Brassard, A. Broadbent og A. Tapp, Quantum pseudo-telepathy, Foundations of Physics 35, 1877 (2005).
https://doi.org/10.1007/s10701-005-7353-4
[6] TS Cubitt, D. Leung, W. Matthews og A. Winter, Improving Zero-Error Classical Communication with Entanglement, Phys. Rev. Lett. 104, 230503 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.230503
[7] M. Howard, J. Wallman, V. Veitch og J. Emerson, Contextuality leverer "magien" for kvanteberegning, Nature 510, 351 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature13460
[8] J. Barrett og A. Kent, Non-contextuality, finite precision measurement and the Kochen-Specker theorem, 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] A. Winter, Hva beviser eller motbeviser en eksperimentell test av kvantekontekstualitet?, 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: Making sense of contextuality without sharpness of measurements, Quantum 3, 184 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-09-184
[11] A. Cabello, Hva lærer vi om kvanteteori fra Kochen-Specker kvantekontekstualitet?, PIRSA 17070034 (2017).
https: / / doi.org/ 10.48660 / 17070034
[12] G. Chiribella og X. Yuan, Målingsskarphet kutter ikke-lokalitet og kontekstualitet i enhver fysisk teori, arXiv preprint arXiv:1404.3348 (2014).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1404.3348
arxiv: 1404.3348
[13] RW Spekkens, Kontekstualitet for forberedelser, transformasjoner og uskarpe målinger, Fysisk. Rev. A 71, 052108 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.052108
[14] MD Mazurek, MF Pusey, R. Kunjwal, KJ Resch og RW Spekkens, En eksperimentell test av ikke -kontekstualitet uten ufysiske idealiseringer, Nature Communications 7, 1 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms11780
[15] MF Pusey, L. Del Rio og B. Meyer, Kontekstualitet uten tilgang til et tomografisk komplett sett, arXiv preprint arXiv:1904.08699 (2019).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1904.08699
arxiv: 1904.08699
[16] MD Mazurek, MF Pusey, KJ Resch og RW Spekkens, Eksperimentelt avgrensende avvik fra kvanteteori i landskapet av generaliserte sannsynlighetsteorier, PRX Quantum 2, 020302 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020302
[17] R. Kunjwal og RW Spekkens, Fra Kochen-Specker-teorem til ikke-kontekstualitetsulikheter uten å anta determinisme, Phys. Rev. Lett. 115, 110403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.110403
[18] R. Kunjwal og RW Spekkens, Fra statistiske bevis på Kochen-Specker-teoremet til støysterke ikke-kontekstualitetsulikheter, Phys. Rev. A 97, 052110 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.052110
[19] RW Spekkens, DH Buzacott, AJ Keehn, B. Toner og GJ Pryde, Preparation Contextuality Powers Parity-Oblivious Multiplexing, Phys. Rev. Lett. 102, 010401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.010401
[20] A. Chailloux, I. Kerenidis, S. Kundu og J. Sikora, Optimal bounds for parity-oblivious random access codes, New Journal of Physics 18, 045003 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/4/045003
[21] D. Schmid og RW Spekkens, Contextual Advantage for State Discrimination, Phys. Rev. X 8, 011015 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.011015
[22] D. Saha og A. Chaturvedi, Forberedelseskontekstualitet som en essensiell funksjon underliggende kvantekommunikasjonsfordel, Fysisk. Rev. A 100, 022108 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022108
[23] D. Saha, P. Horodecki og M. Pawłowski, Statsuavhengig kontekstualitet fremmer enveiskommunikasjon, New Journal of Physics 21, 093057 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab4149
[24] R. Kunjwal, M. Lostaglio og MF Pusey, Anomale svake verdier og kontekstualitet: Robusthet, tetthet og imaginære deler, Phys. Rev. A 100, 042116 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.042116
[25] M. Lostaglio og G. Senno, Kontekstuell fordel for tilstandsavhengig kloning, 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, Hypergraph framework for irreducible noncontextuality inequalities from logical proofs of the Kochen-Specker theorem, Quantum 4, 219 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-01-10-219
[28] R. Prevedel, Y. Lu, W. Matthews, R. Kaltenbaek og KJ Resch, Entanglement-Enhanced Classical Communication Over a Noisy Classical Channel, Phys. Rev. Lett. 106, 110505 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.110505
[29] B. Hemenway, CA Miller, Y. Shi og M. Wootters, Optimal entanglement-assistered one-shot classic communication, Phys. Rev. A 87, 062301 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.062301
[30] J. Barrett, Informasjonsbehandling i generaliserte probabilistiske teorier, Phys. Rev. A 75, 032304 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032304
[31] A. Acín, T. Fritz, A. Leverrier og AB Sainz, A Combinatorial 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 identity of empirical indiscernibles: Leibniz' metodologiske prinsipp og dets betydning i arbeidet til Einstein, 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 og 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] MF Pusey, Robust forberedelse, ikke-kontekstualitetsulikheter i det enkleste scenariet, Fysisk. Rev. A 98, 022112 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.022112
[35] A. Tavakoli og R. Uola, Målingens inkompatibilitet og styring er nødvendig og tilstrekkelig for operativ kontekstualitet, Phys. Rev. Research 2, 013011 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013011
[36] MS Leifer og OJE Maroney, Maximally Epistemic Interpretations of the Quantum State and Contextuality, Phys. Rev. Lett. 110, 120401 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.120401
[37] LP Hughston, R. Jozsa og WK Wootters, En fullstendig klassifisering av kvanteensembler som har en gitt tetthetsmatrise, Physics Letters A 183, 14 (1993).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(93)90880-9
[38] M. Banik, SS Bhattacharya, SK Choudhary, A. Mukherjee og A. Roy, Ontologiske modeller, forberedelseskontekstualitet og ikke-lokalitet, Foundations of Physics 44, 1230 (2014).
https://doi.org/10.1007/s10701-014-9839-4
[39] P. Heywood og 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, og S. Wehner, Bell nonlocality, Rev. Mod. Phys. 86, 419 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
[41] S. Popescu og D. Rohrlich, Quantum nonlocality as an axiom, Foundations of Physics 24, 379 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098
[42] A. Peres, To enkle bevis på Kochen-Specker-teoremet, Journal of Physics A: Mathematical and General 24, L175 (1991).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/24/4/003
[43] A. Peres, Inkompatible resultater av kvantemålinger, Physics Letters A 151, 107 (1990).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(90)90172-K
[44] ND Mermin, Hidden variables og de to teoremene til John Bell, Rev. Mod. Phys. 65, 803 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.65.803
[45] A. Peres, Kvanteteori: begreper og metoder, Vol. 57 (Springer Science & Business Media, 2006).
https://doi.org/10.1007/0-306-47120-5
[46] AA Klyachko, MA Can, S. Binicioğlu og AS Shumovsky, Simple Test for Hidden Variables in Spin-1 Systems, Phys. Rev. Lett. 101, 020403 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.101.020403
[47] S. Uijlen og B. Westerbaan, Et Kochen-Specker-system har minst 22 vektorer, New Generation Computing 34, 3 (2016).
https://doi.org/10.1007/s00354-016-0202-5
[48] F. Arends, En nedre grense for størrelsen på det minste Kochen-Specker vektorsystemet, Masteroppgave, Oxford University (2009).
http: / / www.cs.ox.ac.uk/ / joel.ouaknine / nedlasting mennesker / arends09.pdf
[49] R. Kunjwal, C. Heunen og T. Fritz, Kvanterealisering av vilkårlige felles målbarhetsstrukturer, Phys. Rev. A 89, 052126 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.052126
[50] N. Andrejic og R. Kunjwal, Felles målbarhetsstrukturer som kan realiseres med qubit-målinger: Inkompatibilitet via marginal kirurgi, Phys. Rev. Forskning 2, 043147 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043147
[51] R. Kunjwal og S. Ghosh, Minimalt tilstandsavhengig bevis på målingskontekstualitet for en qubit, Phys. Rev. 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 og P. Xue, Experimental generalized contextuality with single-photon qubits, Optica 4, 966 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.4.000966
[53] I. Marvian, Utilgjengelig informasjon i probabilistiske modeller av kvantesystemer, ulikheter i ikke-kontekstualitet og støyterskler for kontekstualitet, arXiv preprint arXiv:2003.05984 (2020).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2003.05984
arxiv: 2003.05984
[54] TS Cubitt, D. Leung, W. Matthews og A. Winter, Null-feil kanalkapasitet og simulering assistert av ikke-lokale korrelasjoner, IEEE Transactions on Information Theory 57, 5509 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2011.2159047
[55] CE Shannon, Et notat om en delbestilling for kommunikasjonskanaler, Informasjon og kontroll 1, 390 (1958).
https://doi.org/10.1016/S0019-9958(58)90239-0
[56] D. Schmid, TC Fraser, R. Kunjwal, AB Sainz, E. Wolfe og RW Spekkens, Understanding the interplay of entanglement and nonlocality: motivating 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, Ikke-lokalitet for to partikler uten ulikheter for nesten alle sammenfiltrede tilstander, Fysisk. Rev. Lett. 71, 1665 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.71.1665
[58] A. Cabello, J. Estebaranz og G. García-Alcaine, Bell-Kochen-Specker teorem: Et bevis med 18 vektorer, Physics Letters A 212, 183 (1996).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(96)00134-X
Sitert av
[1] Victor Gitton og Mischa P. Woods, "On the system smutthull av generalisert ikke-kontekstualitet", arxiv: 2209.04469.
[2] Lorenzo Catani, Matthew Leifer, David Schmid og Robert W. Spekkens, "Hvorfor interferensfenomener ikke fanger essensen av kvanteteori", arxiv: 2111.13727.
[3] John H. Selby, Elie Wolfe, David Schmid og Ana Belén Sainz, "An open source linear program for testing nonclassicality", arxiv: 2204.11905.
[4] David Schmid, Haoxing Du, John H. Selby og Matthew F. Pusey, "Uniqueness of Noncontextual Models for Stabilizer Subtheories", Fysiske gjennomgangsbrev 129 12, 120403 (2022).
[5] John H. Selby, David Schmid, Elie Wolfe, Ana Belén Sainz, Ravi Kunjwal og Robert W. Spekkens, "Contextuality without incompatibility", arxiv: 2106.09045.
[6] Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Roope Uola og Alastair A. Abbott, “Bounding and Simulating Contextual Correlations in Quantum Theory”, PRX Quantum 2 2, 020334 (2021).
[7] John H. Selby, David Schmid, Elie Wolfe, Ana Belén Sainz, Ravi Kunjwal og Robert W. Spekkens, "Tilgjengelige fragmenter av generaliserte sannsynlighetsteorier, kjegleekvivalens og anvendelser for å vitne om ikke-klassisalitet", arxiv: 2112.04521.
[8] Lorenzo Catani og Matthew Leifer, "Et matematisk rammeverk for operasjonelle finjusteringer", arxiv: 2003.10050.
[9] Victoria J Wright og Ravi Kunjwal, "Kontekstualitet i sammensatte systemer: rollen til sammenfiltring i Kochen-Specker-teoremet", arxiv: 2109.13594.
[10] Anubhav Chaturvedi, Máté Farkas og Victoria J Wright, "Karakterisering og avgrensing av mengden kvanteoppførsel i kontekstualitetsscenarier", arxiv: 2010.05853.
[11] Lorenzo Catani, Ricardo Faleiro, Pierre-Emmanuel Emeriau, Shane Mansfield og Anna Pappa, "Connecting XOR and XOR* games", arxiv: 2210.00397.
Sitatene ovenfor er fra SAO / NASA ADS (sist oppdatert vellykket 2022-10-14 04:01:02). Listen kan være ufullstendig fordi ikke alle utgivere gir passende og fullstendige sitasjonsdata.
On Crossrefs siterte tjeneste ingen data om sitering av verk ble funnet (siste forsøk 2022-10-14 04:01:00).
Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.
