Entanglement-katalyse for kvantetilstander og støyende kanaler

Entanglement-katalyse for kvantetilstander og støyende kanaler

Tidsstempel: 20. mars 2024 11:17
Entanglement katalyse for kvantetilstander og støyende kanaler PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikalt søk. Ai.

Chandan Datta1,2,3, Tulja Varun Kondra1, Marek Miller1og Alexander Streltsov1

1Center for Quantum Optical Technologies, Center of New Technologies, University of Warszawa, Banacha 2c, 02-097 Warszawa, Polen
2Institutt for teoretisk fysikk III, Heinrich Heine University Düsseldorf, Universitätsstraße 1, D-40225 Düsseldorf, Tyskland
3Institutt for fysikk, Indian Institute of Technology Jodhpur, Jodhpur 342030, India

Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Mange anvendelser av de fremvoksende kvanteteknologiene, som kvanteteleportering og kvantenøkkeldistribusjon, krever singletter, maksimalt sammenfiltrede tilstander på to kvantebiter. Det er derfor av største betydning å utvikle optimale prosedyrer for å etablere singletter mellom eksterne parter. Som det har blitt vist ganske nylig, kan singletter oppnås fra andre kvantetilstander ved å bruke en kvantekatalysator, et sammenfiltret kvantesystem som ikke endres i prosedyren. I dette arbeidet tar vi denne ideen videre, undersøker egenskapene til sammenfiltringskatalyse og dens rolle for kvantekommunikasjon. For transformasjoner mellom todelte rene tilstander, beviser vi eksistensen av en universell katalysator, som kan muliggjøre alle mulige transformasjoner i dette oppsettet. Vi demonstrerer fordelen med katalyse i asymptotiske omgivelser, og går utover den typiske antagelsen om uavhengige og identisk distribuerte systemer. Vi videreutvikler metoder for å estimere antall singletter som kan etableres via en støyende kvantekanal ved hjelp av sammenfiltrede katalysatorer. For ulike typer kvantekanaler fører resultatene våre til optimale protokoller, som gjør det mulig å etablere maksimalt antall singletter med en enkelt bruk av kanalen.

► BibTeX-data

► Referanser

[1] Daniel Jonathan og Martin B. Plenio. "Entanglement-assistert lokal manipulasjon av rene kvantestater". Phys. Rev. Lett. 83, 3566-3569 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.83.3566

[2] Jens Eisert og Martin Wilkens. "Katalyse av sammenfiltringsmanipulasjon for blandede stater". Phys. Rev. Lett. 85, 437–440 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.437

[3] Tulja Varun Kondra, Chandan Datta og Alexander Streltsov. "Katalytiske transformasjoner av rene sammenfiltrede tilstander". Phys. Rev. Lett. 127, 150503 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.150503

[4] Patryk Lipka-Bartosik og Paul Skrzypczyk. "Katalytisk kvanteteleportering". Phys. Rev. Lett. 127, 080502 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.080502

[5] MA Nielsen. "Betingelser for en klasse av sammenfiltringstransformasjoner". Phys. Rev. Lett. 83, 436-439 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.83.436

[6] Guifré Vidal, Daniel Jonathan og MA Nielsen. "Omtrentlig transformasjoner og robust manipulering av todelt renstatssammenfiltring". Phys. Rev. A 62, 012304 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.62.012304

[7] Sumit Daftuar og Matthew Klimesh. "Matematisk struktur for sammenfiltringskatalyse". Phys. Rev. A 64, 042314 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.042314

[8] Runyao Duan, Yuan Feng, Xin Li og Mingsheng Ying. "Flere kopiers forviklingstransformasjon og sammenfiltringskatalyse". Phys. Rev. A 71, 042319 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.042319

[9] S Turgut. "Katalytiske transformasjoner for todelte rene tilstander". J. Phys. A 40, 12185–12212 (2007).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​40/​40/​012

[10] Matthew Klimesh. "Ulikheter som samlet sett fullstendig karakteriserer det katalytiske majoriseringsforholdet" (2007). arXiv:0709.3680.
arxiv: 0709.3680

[11] Guillaume Aubrun og Ion Nechita. "Katalytisk majorisering og $ell_p$-normer". Commun. Matte. Phys. 278, 133–144 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-007-0382-4

[12] Yuval Rishu Sanders og Gilad Gour. "Nødvendige forhold for sammenfiltringskatalysatorer". Phys. Rev. A 79, 054302 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.054302

[13] Michael Grabowecky og Gilad Gour. "Grenser for sammenfiltringskatalysatorer". Phys. Rev. A 99, 052348 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.052348

[14] Rivu Gupta, Arghya Maity, Shiladitya Mal og Aditi Sen(De). "Statistikk over forviklingstransformasjon med hierarkier blant katalysatorer". Phys. Rev. A 106, 052402 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.052402

[15] Chandan Datta, Tulja Varun Kondra, Marek Miller og Alexander Streltsov. "Katalyse av sammenfiltring og andre kvanteressurser". Reports on Progress in Physics 86, 116002 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​acfbec

[16] Seth Lloyd. "Kapasiteten til den støyende kvantekanalen". Phys. Rev. A 55, 1613–1622 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.55.1613

[17] David P. DiVincenzo, Peter W. Shor og John A. Smolin. "Kvantekanalkapasitet for veldig støyende kanaler". Phys. Rev. A 57, 830–839 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.830

[18] Howard Barnum, MA Nielsen og Benjamin Schumacher. "Informasjonsoverføring gjennom en støyende kvantekanal". Phys. Rev. A 57, 4153–4175 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.4153

[19] Benjamin Schumacher og Michael D. Westmoreland. "Kvantepersonvern og kvantekoherens". Phys. Rev. Lett. 80, 5695-5697 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.80.5695

[20] I. Devetak. "Den private klassiske kapasiteten og kvantekapasiteten til en kvantekanal". IEEE Transactions on Information Theory 51, 44–55 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2004.839515

[21] Roberto Rubboli og Marco Tomamichel. "Grunnleggende grenser for korrelerte katalytiske tilstandstransformasjoner". Phys. Rev. Lett. 129, 120506 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.120506

[22] Wim van Dam og Patrick Hayden. "Universelle sammenfiltringstransformasjoner uten kommunikasjon". Phys. Rev. A 67, 060302 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.67.060302

[23] Karol Życzkowski, Paweł Horodecki, Anna Sanpera og Maciej Lewenstein. "Volum av settet med separerbare tilstander". Phys. Rev. A 58, 883–892 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.58.883

[24] G. Vidal og RF Werner. "Beregnerbart mål for sammenfiltring". Phys. Rev. A 65, 032314 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.032314

[25] Charles H. Bennett, Herbert J. Bernstein, Sandu Popescu og Benjamin Schumacher. "Konsentrere delvis sammenfiltring av lokale operasjoner". Phys. Rev. A 53, 2046–2052 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.53.2046

[26] V. Vedral, MB Plenio, MA Rippin og PL Knight. "Kvantifisere sammenfiltring". Phys. Rev. Lett. 78, 2275-2279 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.2275

[27] Ryszard Horodecki, Paweł Horodecki, Michał Horodecki og Karol Horodecki. "Kvanteforviklinger". Rev. Mod. Phys. 81, 865–942 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.865

[28] Patryk Lipka-Bartosik og Paul Skrzypczyk. "Alle stater er universelle katalysatorer i kvantetermodynamikk". Phys. Rev. X 11, 011061 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.011061

[29] Tulja Varun Kondra, Chandan Datta og Alexander Streltsov. "Stokastisk omtrentlig tilstandskonvertering for sammenfiltring og generelle kvanteressursteorier" (2021). arXiv:2111.12646.
arxiv: 2111.12646

[30] Valentina Baccetti og Matt Visser. "Uendelig shannon-entropi". Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 2013, P04010 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1742-5468/​2013/​04/​p04010

[31] Garry Bowen og Nilanjana Datta. "Asymptotisk sammenfiltringsmanipulering av todelte rene tilstander". IEEE Transactions on Information Theory 54, 3677–3686 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2008.926377

[32] Francesco Buscemi og Nilanjana Datta. "Destillere sammenfiltring fra vilkårlige ressurser". Journal of Mathematical Physics 51, 102201 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.3483717

[33] Stephan Waeldchen, Janina Gertis, Earl T. Campbell og Jens Eisert. "Renormaliserende sammenfiltringsdestillasjon". Phys. Rev. Lett. 116, 020502 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.020502

[34] CE Shannon. "En matematisk teori om kommunikasjon". Bell System Technical Journal 27, 379–423 (1948).
https: / / doi.org/ 10.1002 / j.1538-7305.1948.tb01338.x

[35] CE Shannon og W. Weaver. "Den matematiske teorien om kommunikasjon". University of Illinois Press. (1998). url: http://www.worldcat.org/oclc/967725093.
http://​/​www.worldcat.org/​oclc/​967725093

[36] TM Cover og JA Thomas. "Elementer av informasjonsteori". John Wiley & Sons, Ltd. (2005).
https: / / doi.org/ 10.1002 / 047174882X

[37] Benjamin Schumacher og MA Nielsen. "Kvantedatabehandling og feilretting". Phys. Rev. A 54, 2629–2635 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.2629

[38] Michał Horodecki, Paweł Horodecki og Ryszard Horodecki. "Enhetlig tilnærming til kvantekapasiteter: Mot kvantestøyende kodeteorem". Phys. Rev. Lett. 85, 433–436 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.433

[39] PW Shor. "Kvantekanalkapasiteten og sammenhengende informasjon". I MSRI Workshop on Quantum Computation. (2002).

[40] John Watrous. "Teorien om kvanteinformasjon". Cambridge University Press. (2018).
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316848142

[41] Nicolas J. Cerf. "Pauli-kloning av en kvantebit". Phys. Rev. Lett. 84, 4497–4500 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.84.4497

[42] AS Holevo og RF Werner. "Evaluering av kapasiteten til bosoniske gaussiske kanaler". Phys. Rev. A 63, 032312 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.63.032312

[43] Michael M. Wolf, David Pérez-García og Geza Giedke. "Kvantekapasiteter til bosoniske kanaler". Phys. Rev. Lett. 98, 130501 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.130501

[44] Graeme Smith, John A. Smolin og Andreas Winter. "Kvantekapasiteten med symmetriske sidekanaler". IEEE Transactions on Information Theory 54, 4208–4217 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2008.928269

[45] Francesco Buscemi og Nilanjana Datta. "Kvantekapasiteten til kanaler med vilkårlig korrelert støy". IEEE Transactions on Information Theory 56, 1447–1460 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2009.2039166

[46] Felix Leditzky, Debbie Leung og Graeme Smith. "Kvante og private kapasiteter til støysvake kanaler". Phys. Rev. Lett. 120, 160503 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.160503

[47] Álvaro Cuevas, Massimiliano Proietti, Mario Arnolfo Ciampini, Stefano Duranti, Paolo Mataloni, Massimiliano F. Sacchi og Chiara Macchiavello. "Eksperimentell deteksjon av kvantekanalkapasiteter". Phys. Rev. Lett. 119, 100502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.100502

[48] Chiara Macchiavello og Massimiliano F. Sacchi. "Oppdage nedre grenser for kvantekanalkapasiteter". Phys. Rev. Lett. 116, 140501 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.140501

[49] Noah Davis, Maksim E. Shirokov og Mark M. Wilde. "Energibegrenset toveis assistert private og kvantekapasiteter til kvantekanaler". Phys. Rev. A 97, 062310 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.062310

[50] Laszlo Gyongyosi, Sandor Imre og Hung Viet Nguyen. "En undersøkelse om kvantekanalkapasitet". IEEE Communications Surveys Tutorials 20, 1149–1205 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1109 / COMST.2017.2786748

[51] AS Holevo. "Kvantekanalkapasiteter". Quantum Electronics 50, 440–446 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1070/​qel17285

[52] Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra og Alexander Streltsov. "Katalytisk og asymptotisk ekvivalens for kvantesammenfiltring" (2023). arXiv:2305.03488.
arxiv: 2305.03488

[53] Igor Devetak og Andreas Winter. "Destillasjon av hemmelig nøkkel og sammenfiltring fra kvantetilstander". Proc. R. Soc. Lond. A 461, 207–235 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2004.1372

[54] Matthias Christandl og Andreas Winter. ""Squashed entanglement": Et additivt sammenfiltringstiltak". J. Math. Phys. 45, 829–840 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1643788

[55] R Alicki og M Fannes. "Kontinuitet av kvantebetinget informasjon". J. Phys. A 37, L55–L57 (2004).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​37/​5/​l01

[56] Michael Horodecki, Peter W. Shor og Mary Beth Ruskai. "Entanglement Breaking Channels". Rev. Math. Phys. 15, 629–641 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0129055X03001709

[57] Alexander Streltsov, Remigiusz Augusiak, Maciej Demianowicz og Maciej Lewenstein. "Fremgang mot en enhetlig tilnærming til forviklingsdistribusjon". Phys. Rev. A 92, 012335 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.012335

[58] Charles H. Bennett, David P. DiVincenzo, John A. Smolin og William K. Wootters. "Blandet tilstand sammenfiltring og kvantefeilkorreksjon". Phys. Rev. A 54, 3824–3851 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.3824

[59] William K. Wootters. "Forvikling av dannelse av en vilkårlig tilstand av to qubits". Phys. Rev. Lett. 80, 2245-2248 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.80.2245

[60] Arijit Dutta, Junghee Ryu, Wiesław Laskowski og Marek Żukowski. "Entanglement-kriterier for støymotstand for to-qudit-tilstander". Physics Letters A 380, 2191–2199 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2016.04.043

[61] Remigiusz Augusiak, Maciej Demianowicz og Paweł Horodecki. "Universell observerbar detektering av alle to-qubit-forviklingstester og determinantbaserte separabilitetstester". Phys. Rev. A 77, 030301 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.77.030301

[62] Michał Horodecki, Paweł Horodecki og Ryszard Horodecki. «Uadskillelige to spinn- $frac{1}{2}$-densitetsmatriser kan destilleres til en singlettform». Phys. Rev. Lett. 78, 574-577 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.574

[63] Gilad Gour, Markus P. Müller, Varun Narasimhachar, Robert W. Spekkens og Nicole Yunger Halpern. "Ressursteorien om informasjonsmessig ikke-likevekt i termodynamikk". Fysikkrapporter 583, 1–58 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2015.04.003

[64] Fernando Brandão, Michał Horodecki, Nelly Ng, Jonathan Oppenheim og Stephanie Wehner. "De andre lovene for kvantetermodynamikk". Proc. Natl. Acad. Sci. USA 112, 3275–3279 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1411728112

[65] Henrik Wilming, Rodrigo Gallego og Jens Eisert. "Aksiomatisk karakterisering av den kvante relative entropien og fri energi". Entropy 19, 241 (2017).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e19060241

[66] Paul Boes, Jens Eisert, Rodrigo Gallego, Markus P. Müller og Henrik Wilming. "Von Neumann Entropy from Unitarity". Phys. Rev. Lett. 122, 210402 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.210402

[67] H. Wilming. "Entropi og reversibel katalyse". Phys. Rev. Lett. 127, 260402 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.260402

[68] Naoto Shiraishi og Takahiro Sagawa. "Kvantermodynamikk for korrelert-katalytisk tilstandskonvertering i liten skala". Phys. Rev. Lett. 126, 150502 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.150502

[69] Ivan Henao og Raam Uzdin. "Katalytiske transformasjoner med miljøer med begrenset størrelse: applikasjoner til kjøling og termometri". Quantum 5, 547 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-09-21-547

[70] I. Henao og R. Uzdin. "Katalytisk utnyttelse av korrelasjoner og demping av spredning ved sletting av informasjon". Phys. Rev. Lett. 130, 020403 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.020403

[71] Kaifeng Bu, Uttam Singh og Junde Wu. "Katalytiske koherenstransformasjoner". Phys. Rev. A 93, 042326 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.042326

[72] Alexander Streltsov, Gerardo Adesso og Martin B. Plenio. "Kollokvium: Kvantekoherens som en ressurs". Rev. Mod. Phys. 89, 041003 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.89.041003

[73] Johan Åberg. "Katalytisk koherens". Phys. Rev. Lett. 113, 150402 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.150402

[74] Joan A Vaccaro, Sarah Croke og Stephen M Barnett. "Er koherens katalytisk?". J. Phys. A 51, 414008 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1751-8121 / aac112

[75] Matteo Lostaglio og Markus P. Müller. "Koherens og asymmetri kan ikke kringkastes". Phys. Rev. Lett. 123, 020403 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.020403

[76] Ryuji Takagi og Naoto Shiraishi. "Korrelasjon i katalysatorer muliggjør vilkårlig manipulering av kvantekoherens". Phys. Rev. Lett. 128, 240501 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.240501

[77] Priyabrata Char, Dipayan Chakraborty, Amit Bhar, Indrani Chattopadhyay og Debasis Sarkar. "Katalytiske transformasjoner i koherensteori". Phys. Rev. A 107, 012404 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.107.012404

[78] Chandan Datta, Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra og Alexander Streltsov. "Er det et begrenset komplett sett med monotoner i noen kvanteressursteori?". Phys. Rev. Lett. 130, 240204 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.240204

Sitert av

[1] Chandan Datta, Tulja Varun Kondra, Marek Miller og Alexander Streltsov, "Catalysis of entanglement and other quantum resources", Rapporter om fremgang i fysikk 86 11, 116002 (2023).

[2] Patryk Lipka-Bartosik, Henrik Wilming og Nelly HY Ng, “Catalysis in Quantum Information Theory”, arxiv: 2306.00798, (2023).

[3] I. Henao og R. Uzdin, "Catalytic Leverage of Correlations and Mitigation of Dissipation in Information Erasure", Fysiske gjennomgangsbrev 130 2, 020403 (2023).

[4] Seok Hyung Lie og Hyunseok Jeong, "Delokalisert og dynamisk katalytisk tilfeldighet og informasjonsflyt", Fysisk gjennomgang A 107 4, 042430 (2023).

[5] Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra og Alexander Streltsov, "Katalytisk og asymptotisk ekvivalens for kvanteforviklinger", arxiv: 2305.03488, (2023).

[6] Elia Zanoni, Thomas Theurer og Gilad Gour, "Complete Characterization of Entanglement Embezzlement", arxiv: 2303.17749, (2023).

[7] Chandan Datta, Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra og Alexander Streltsov, "Er det et endelig komplett sett med monotoner i enhver kvanteressursteori?", Fysiske gjennomgangsbrev 130 24, 240204 (2023).

Sitatene ovenfor er fra SAO / NASA ADS (sist oppdatert vellykket 2024-03-21 03:41:02). 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 2024-03-21 03:41:00).

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.

Tidstempel:

Mer fra Kvantejournal