1Wydział Fizyki, Duke University, Durham, North Carolina, USA 27708
2Centre for Quantum Information and Communication, Ecole polytechnique de Bruxelles, CP 165, Université libre de Bruxelles, 1050 Bruksela, Belgia
Czy ten artykuł jest interesujący czy chcesz dyskutować? Napisz lub zostaw komentarz do SciRate.
Abstrakcyjny
Rozważamy problem jednorazowej komunikacji klasycznej wspomaganej splątaniem. W reżimie zerowego błędu splątanie może zwiększyć jednorazową pojemność zerowego błędu rodziny klasycznych kanałów, zgodnie ze strategią Cubitta i in., Phys. Ks. 104, 230503 (2010). Ta strategia wykorzystuje twierdzenie Kochena-Speckera, które ma zastosowanie tylko do pomiarów rzutowych. Jako taka, w reżimie stanów zaszumionych i/lub pomiarów, strategia ta nie może zwiększyć wydajności. Aby dostosować się do ogólnie hałaśliwych sytuacji, badamy prawdopodobieństwo sukcesu jednorazowego wysłania stałej liczby klasycznych wiadomości. Pokazujemy, że kontekstowość przygotowania zasila przewagę kwantową w tym zadaniu, zwiększając prawdopodobieństwo sukcesu jednorazowego powyżej klasycznego maksimum. Nasze leczenie wykracza poza Cubitt et al. i obejmuje, na przykład, eksperymentalnie zaimplementowany protokół Prevedel et al., Phys. Ks. 106, 110505 (2011). Następnie pokazujemy mapowanie między tym zadaniem komunikacyjnym a odpowiadającą mu grą nielokalną. To mapowanie uogólnia połączenie z grami pseudotelepatii, wcześniej odnotowanymi w przypadku zerowego błędu. Wreszcie, po zmotywowaniu ograniczenia, które nazywamy $textit{zgadywanie niezależne od kontekstu}$, pokazujemy, że kontekstualność świadczona przez odporne na szum nierówności niekontekstualne uzyskane w R. Kunjwal, Quantum 4, 219 (2020), jest wystarczająca do wzmocnienia jedno- prawdopodobieństwo sukcesu strzału. Zapewnia to operacyjne znaczenie tych nierówności i związanego z nimi niezmiennika hipergrafu, ważonej maksymalnej przewidywalności, wprowadzonej w R. Kunjwal, Quantum 3, 184 (2019). Nasze wyniki pokazują, że zadanie jednorazowej klasycznej komunikacji wspomaganej splątaniem stanowi podatny grunt do badania wzajemnego oddziaływania twierdzenia Kochena-Speckera, kontekstualności Spekkensa i nielokalności Bella.
Polecany obraz: Ilustracja jednorazowego, klasycznego protokołu komunikacyjnego wspomaganego splątaniem.
[Osadzone treści]
Popularne podsumowanie
W szczególności badamy następujący problem z komunikacją: Alicja (nadawca) jest połączony z Bobem (odbiorcą) za pośrednictwem zaszumionego kanału klasycznego. Mają dostęp do wspólnego splątania i mogą realizować lokalne pomiary kwantowe. Wiadomo, że dla pewnej rodziny kanałów klasycznych inspirowanych twierdzeniem Kochena-Speckera liczba komunikatów, które można bezbłędnie wysłać na kanale klasycznym (tj. jednorazowa pojemność zero błędów) można zwiększyć za pomocą dostępu do wspólnego uwikłania. Ten wynik zerowego błędu dzięki Cubitt et al. [fiz. Ks. 104, 230503 (2010)].
Badamy ten problem komunikacji w hałaśliwym reżimie, w którym twierdzenie Kochena-Speckera nie ma zastosowania. W ten sposób pokazujemy intymny związek tego problemu z odporną na hałas kontekstowością w sformułowaniu zaproponowanym przez Spekkensa [Phys. Rev. A 71, 052108 (2005)] oraz z rodziną gier nielokalnych inspirowanych problemem komunikacji. Przy założeniu, że strony nie ufają prawdopodobieństwu związanemu z kanałem klasycznym, a jedynie ufają jego possibilistycznej strukturze (zakodowanej w hipergrafie kanału), pokazujemy również, że odporna na szum kontekstualność świadczona przez niezmiennik hipergrafu jest wystarczająca dla przewagi kwantowej w to zadanie. Zapewnia to operacyjne znaczenie świadkom kontekstualnym uzyskanym w R. Kunjwal, Quantum 4, 219 (2020).
► Dane BibTeX
► Referencje
[1] JS Bell, O paradoksie Einsteina-Podolskiego-Rosena, Fizyka 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195
[2] JF Clauser, MA Horne, A. Shimony i RA Holt, zaproponowali eksperyment w celu przetestowania lokalnych teorii ukrytych zmiennych, Phys. Wielebny Lett. 23, 880 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880
[3] S. Kochen i EP Specker, Problem ukrytych zmiennych w mechanice kwantowej, w Logiczno-algebraiczne podejście do mechaniki kwantowej (Springer, 1975) s. 293-328.
https://doi.org/10.1007/978-94-010-1795-4_17
[4] R. Renner i S. Wolf, Pseudotelepatia kwantowa i twierdzenie Kochena-Speckera, w 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 i A. Tapp, Pseudotelepatia kwantowa, Foundations of Physics 35, 1877 (2005).
https://doi.org/10.1007/s10701-005-7353-4
[6] TS Cubitt, D. Leung, W. Matthews i A. Winter, Poprawa klasycznej komunikacji bez błędów z uwikłaniem, Phys. Ks. 104, 230503 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.230503
[7] M. Howard, J. Wallman, V. Veitch i J. Emerson, Contextuality dostarcza „magii” obliczeń kwantowych, Nature 510, 351 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature13460
[8] J. Barrett i A. Kent, Bez kontekstu, pomiar o skończonej precyzji i twierdzenie Kochena-Speckera, Studia z Historii i Filozofii Nauki Część B: Studia z Historii i Filozofii Fizyki Współczesnej 35, 151 (2004).
https: // doi.org/ 10.1016 / j.shpsb.2003.10.003
[9] A. Winter, Co dowodzi lub zaprzecza eksperymentalny test kontekstowości kwantowej?, 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: Rozumienie kontekstualności bez ostrości pomiarów, Quantum 3, 184 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-09-184
[11] A. Cabello, Czego dowiadujemy się o teorii kwantowej z kontekstowości kwantowej Kochena-Speckera?, PIRSA 17070034 (2017).
https: / / doi.org/ 10.48660 / 17070034
[12] G. Chiribella i X. Yuan, Ostrość pomiaru odcina nielokalność i kontekstualność w każdej teorii fizycznej, arXiv preprint arXiv:1404.3348 (2014).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1404.3348
arXiv: 1404.3348
[13] RW Spekkens, Kontekstualność przygotowań, przekształceń i nieostrych pomiarów, Fiz. Rev. A 71, 052108 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.052108
[14] MD Mazurek, MF Pusey, R. Kunjwal, KJ Resch i RW Spekkens, Eksperymentalny test niekontekstualności bez niefizycznych idealizacji, Nature Communications 7, 1 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms11780
[15] MF Pusey, L. Del Rio i B. Meyer, Kontekstualność bez dostępu do kompletnego zestawu tomograficznego, arXiv preprint arXiv:1904.08699 (2019).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1904.08699
arXiv: 1904.08699
[16] MD Mazurek, MF Pusey, KJ Resch i RW Spekkens, Experimentally bounding deviations from quantum teorii in the landscape of uogólnionych teorii probabilistycznych, PRX Quantum 2, 020302 (2021).
https: // doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020302
[17] R. Kunjwal i RW Spekkens, Od twierdzenia Kochena-Speckera do nierówności niekontekstualnych bez założenia determinizmu, Phys. Ks. 115, 110403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.110403
[18] R. Kunjwal i RW Spekkens, Od dowodów statystycznych twierdzenia Kochena-Speckera do niekontekstualnych nierówności odpornych na zakłócenia, Phys. Rev. A 97, 052110 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.052110
[19] RW Spekkens, DH Buzacott, AJ Keehn, B. Toner i GJ Pryde, Kontekstuliwość przygotowania napędza multipleksowanie niepamięci parzystości, Fiz. Ks. 102, 010401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.010401
[20] A. Chailloux, I. Kerenidis, S. Kundu i J. Sikora, Optimal bounds for parity-oblivous random access code, New Journal of Physics 18, 045003 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/4/045003
[21] D. Schmid i RW Spekkens, Przewaga kontekstowa dla dyskryminacji państwowej, Phys. Rev X 8, 011015 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.011015
[22] D. Saha i A. Chaturvedi, Kontekstualność przygotowania jako istotna cecha leżąca u podstaw przewagi komunikacji kwantowej, Phys. Rev. A 100, 022108 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022108
[23] D. Saha, P. Horodecki i M. Pawłowski, Niezależna od państwa kontekstualność rozwija komunikację jednokierunkową, New Journal of Physics 21, 093057 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab4149
[24] R. Kunjwal, M. Losaglio i MF Pusey, Anomalne słabe wartości i kontekstualność: Trwałość, szczelność i części urojone, Fiz. Rev. A 100, 042116 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.042116
[25] M. Losaglio i G. Senno, Przewaga kontekstowa dla klonowania zależnego od stanu, Quantum 4, 258 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-04-27-258
[26] R. Kunjwal, Kontekstualność poza twierdzeniem Kochena-Speckera, arXiv preprint arXiv:1612.07250 (2016).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1612.07250
arXiv: 1612.07250
[27] R. Kunjwal, Hypergraph framework dla nieredukowalnych nierówności niekontekstualnych z logicznych dowodów twierdzenia Kochena-Speckera, Quantum 4, 219 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-01-10-219
[28] R. Prevedel, Y. Lu, W. Matthews, R. Kaltenbaek i KJ Resch, Komunikacja klasyczna wzmocniona uwikłaniem w hałaśliwym kanale klasycznym, Phys. Ks. 106, 110505 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.110505
[29] B. Hemenway, CA Miller, Y. Shi i M. Wootters, Optimal engangle-assisted one-shot classic communication, Phys. Rev. A 87, 062301 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.062301
[30] J. Barrett, Przetwarzanie informacji w uogólnionych teoriach probabilistycznych, Phys. Rev. A 75, 032304 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032304
[31] A. Acín, T. Fritz, A. Leverrier i AB Sainz, Kombinatoryczne podejście do nielokalności i kontekstualności, komunikacja w fizyce matematycznej 334, 533 (2015).
https://doi.org/10.1007/s00220-014-2260-1
[32] RW Spekkens, Ontologiczna tożsamość nieodróżnialnych empirycznych: zasada metodologiczna Leibniza i jej znaczenie w pracy Einsteina, 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 i 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, Solidne przygotowanie nierówności niekontekstualnych w najprostszym scenariuszu, Phys. Rev. A 98, 022112 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.022112
[35] A. Tavakoli i R. Uola, Niekompatybilność pomiarów i sterowanie są konieczne i wystarczające dla kontekstowości operacyjnej, Phys. Rev. Badania 2, 013011 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013011
[36] MS Leifer i OJE Maroney, Maksymalnie epistemiczne interpretacje stanu kwantowego i kontekstualności, Phys. Ks. 110, 120401 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.120401
[37] LP Hughston, R. Jozsa i WK Wootters, Pełna klasyfikacja zespołów kwantowych o danej macierzy gęstości, 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 i A. Roy, Modele ontologiczne, kontekstowość przygotowania i nielokalność, Podstawy fizyki 44, 1230 (2014).
https://doi.org/10.1007/s10701-014-9839-4
[39] P. Heywood i ML Redhead, Nonlocality and the Kochen-Specker paradoks, Foundations of Physics 13, 481 (1983).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF00729511
[40] N. Brunner, D. Cavalcanti, S. Pironio, V. Scarani i S. Wehner, Bell nonlocality, Rev. Mod. Phys. 86, 419 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
[41] S. Popescu i D. Rohrlich, Nielokalność kwantowa jako aksjomat, Foundations of Physics 24, 379 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098
[42] A. Peres, Dwa proste dowody twierdzenia Kochena-Speckera, Journal of Physics A: Mathematical and General 24, L175 (1991).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/24/4/003
[43] A. Peres, Niezgodne wyniki pomiarów kwantowych, Physics Letters A 151, 107 (1990).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(90)90172-K
[44] ND Mermin, Ukryte zmienne i dwa twierdzenia Johna Bella, Rev. Mod. Fiz. 65, 803 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.65.803
[45] A. Peres, Teoria kwantów: koncepcje i metody, tom. 57 (Springer Science & Business Media, 2006).
https://doi.org/10.1007/0-306-47120-5
[46] AA Klyachko, MA Can, S. Binicioğlu i AS Shumovsky, Prosty test na ukryte zmienne w układach Spin-1, Fiz. Ks. 101, 020403 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.101.020403
[47] S. Uijlen i B. Westerbaan, System Kochen-Specker ma co najmniej 22 wektory, New Generation Computing 34, 3 (2016).
https://doi.org/10.1007/s00354-016-0202-5
[48] F. Arends, Dolna granica wielkości najmniejszego układu wektorowego Kochena-Speckera, praca magisterska, Oxford University (2009).
http: // www.cs.ox.ac.uk/ people / joel.ouaknine / download / arends09.pdf
[49] R. Kunjwal, C. Heunen i T. Fritz, Kwantowa realizacja dowolnych wspólnych struktur mierzalnych, Phys. Rev. A 89, 052126 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.052126
[50] N. Andrejic i R. Kunjwal, Wspólne struktury mierzalności możliwe do zrealizowania za pomocą pomiarów kubitowych: Niezgodność przez chirurgię brzeżną, Phys. Rev. Research 2, 043147 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043147
[51] R. Kunjwal i S. Ghosh, Minimalny dowód kontekstowości pomiaru zależny od stanu dla kubitu, 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 i P. Xue, Eksperymentalna uogólniona kontekstualność z kubitami jednofotonowymi, Optica 4, 966 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.4.000966
[53] I. Marvian, Niedostępne informacje w probabilistycznych modelach systemów kwantowych, nierówności niekontekstualne i progi szumu dla kontekstualności, arXiv preprint arXiv:2003.05984 (2020).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2003.05984
arXiv: 2003.05984
[54] TS Cubitt, D. Leung, W. Matthews i A. Winter, Przepustowość i symulacja kanału zerowego błędu wspomagana korelacjami nielokalnymi, IEEE Transactions on Information Theory 57, 5509 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2011.2159047
[55] CE Shannon, Nota o częściowym uporządkowaniu kanałów komunikacyjnych, Informacja i kontrola 1, 390 (1958).
https://doi.org/10.1016/S0019-9958(58)90239-0
[56] D. Schmid, TC Fraser, R. Kunjwal, AB Sainz, E. Wolfe i RW Spekkens, Zrozumienie wzajemnego oddziaływania splątania i nielokalności: motywowanie i rozwijanie nowej gałęzi teorii splątania, arXiv preprint arXiv:2004.09194 (2020).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2004.09194
arXiv: 2004.09194
[57] L. Hardy, Nonlocality dla dwóch cząstek bez nierówności dla prawie wszystkich stanów splątanych, Phys. Ks. 71, 1665 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.71.1665
[58] A. Cabello, J. Estebaranz i G. García-Alcaine, twierdzenie Bella-Kochena-Speckera: dowód z 18 wektorami, Physics Letters A 212, 183 (1996).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(96)00134-X
Cytowany przez
[1] Victor Gitton i Mischa P. Woods, „O luki systemowej uogólnionej niekontekstualności”, arXiv: 2209.04469.
[2] Lorenzo Catani, Matthew Leifer, David Schmid i Robert W. Spekkens, „Dlaczego zjawiska interferencji nie oddają istoty teorii kwantowej”, arXiv: 2111.13727.
[3] John H. Selby, Elie Wolfe, David Schmid i Ana Belén Sainz, „Liniowy program o otwartym kodzie źródłowym do testowania nieklasyczności”, arXiv: 2204.11905.
[4] David Schmid, Haoxing Du, John H. Selby i Matthew F. Pusey, „Unikalność modeli niekontekstualnych dla subteorii stabilizatorów”, Listy z przeglądu fizycznego 129 12, 120403 (2022).
[5] John H. Selby, David Schmid, Elie Wolfe, Ana Belén Sainz, Ravi Kunjwal i Robert W. Spekkens, „Kontekstualność bez niezgodności”, arXiv: 2106.09045.
[6] Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Roope Uola i Alastair A. Abbott, „Ograniczanie i symulowanie korelacji kontekstowych w teorii kwantowej”, PRX Quantum 2 2, 020334 (2021).
[7] John H. Selby, David Schmid, Elie Wolfe, Ana Belén Sainz, Ravi Kunjwal i Robert W. Spekkens, „Dostępne fragmenty uogólnionych teorii probabilistycznych, równoważność stożków i zastosowania do obserwacji nieklasyczności”, arXiv: 2112.04521.
[8] Lorenzo Catani i Matthew Leifer, „Matematyczne ramy do dostrajania operacyjnego”, arXiv: 2003.10050.
[9] Victoria J Wright i Ravi Kunjwal, „Kontekstualność w układach złożonych: rola splątania w twierdzeniu Kochena-Speckera”, arXiv: 2109.13594.
[10] Anubhav Chaturvedi, Máté Farkas i Victoria J Wright, „Charakteryzowanie i ograniczanie zestawu zachowań kwantowych w scenariuszach kontekstualności”, arXiv: 2010.05853.
[11] Lorenzo Catani, Ricardo Faleiro, Pierre-Emmanuel Emeriau, Shane Mansfield i Anna Pappa, „Łączenie gier XOR i XOR*”, arXiv: 2210.00397.
Powyższe cytaty pochodzą z Reklamy SAO / NASA (ostatnia aktualizacja pomyślnie 2022-10-14 04:01:02). Lista może być niekompletna, ponieważ nie wszyscy wydawcy podają odpowiednie i pełne dane cytowania.
On Serwis cytowany przez Crossref nie znaleziono danych na temat cytowania prac (ostatnia próba 2022-10-14 04:01:00).
Niniejszy artykuł opublikowano w Quantum pod Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe (CC BY 4.0) licencja. Prawa autorskie należą do pierwotnych właścicieli praw autorskich, takich jak autorzy lub ich instytucje.
