Cataliza de încurcare pentru stări cuantice și canale zgomotoase

Cataliza de încurcare pentru stări cuantice și canale zgomotoase

Marca temporală: 20 martie 2024 11:17 AM
Cataliza de încrucișare pentru stări cuantice și canale zgomotoase PlatoBlockchain Data Intelligence. Căutare verticală. Ai.

Chandan Datta1,2,3, Tulja Varun Kondra1, Marek Miller1, și Alexandru Strelțov1

1Centrul de tehnologii optice cuantice, Centrul de noi tehnologii, Universitatea din Varșovia, Banacha 2c, 02-097 Varșovia, Polonia
2Institutul de Fizică Teoretică III, Universitatea Heinrich Heine Düsseldorf, Universitätsstraße 1, D-40225 Düsseldorf, Germania
3Departamentul de Fizică, Institutul Indian de Tehnologie Jodhpur, Jodhpur 342030, India

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

Multe aplicații ale tehnologiilor cuantice emergente, cum ar fi teleportarea cuantică și distribuția cheilor cuantice, necesită singlete, stări maximal încurcate a doi biți cuantici. Prin urmare, este de cea mai mare importanță să se dezvolte proceduri optime pentru stabilirea single-urilor între părțile aflate la distanță. După cum s-a arătat foarte recent, singletele pot fi obținute din alte stări cuantice prin utilizarea unui catalizator cuantic, un sistem cuantic încurcat care nu este modificat în procedură. În această lucrare vom duce această idee mai departe, investigând proprietățile catalizei întanglement și rolul acesteia pentru comunicarea cuantică. Pentru transformările între stările pure bipartite, demonstrăm existența unui catalizator universal, care poate permite toate transformările posibile în această configurație. Demonstrăm avantajul catalizei în setări asimptotice, depășind ipoteza tipică a sistemelor independente și distribuite identic. Dezvoltăm în continuare metode pentru a estima numărul de singlete care pot fi stabilite printr-un canal cuantic zgomotos atunci când sunt asistate de catalizatori încurși. Pentru diferite tipuri de canale cuantice, rezultatele noastre conduc la protocoale optime, permițând stabilirea numărului maxim de singlete cu o singură utilizare a canalului.

► Date BibTeX

► Referințe

[1] Daniel Jonathan și Martin B. Plenio. „Manipularea locală asistată de încrucișare a statelor cuantice pure”. Fiz. Rev. Lett. 83, 3566–3569 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.83.3566

[2] Jens Eisert și Martin Wilkens. „Cataliza manipulării încurcăturilor pentru state mixte”. Fiz. Rev. Lett. 85, 437–440 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.437

[3] Tulja Varun Kondra, Chandan Datta și Alexander Streltsov. „Transformările catalitice ale stărilor pure încurcate”. Fiz. Rev. Lett. 127, 150503 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.150503

[4] Patryk Lipka-Bartosik și Paul Skrzypczyk. „Teleportarea cuantică catalitică”. Fiz. Rev. Lett. 127, 080502 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.080502

[5] MA Nielsen. „Condiții pentru o clasă de transformări încurcate”. Fiz. Rev. Lett. 83, 436–439 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.83.436

[6] Guifré Vidal, Daniel Jonathan și MA Nielsen. „Transformări aproximative și manipulare robustă a încrucișării în stare pură bipartită”. Fiz. Rev. A 62, 012304 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.62.012304

[7] Sumit Daftuar și Matthew Klimesh. „Structura matematică a catalizei întanglement”. Fiz. Rev. A 64, 042314 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.042314

[8] Runyao Duan, Yuan Feng, Xin Li și Mingsheng Ying. „Transformarea încâlcirii cu copii multiple și cataliza încâlcirii”. Fiz. Rev. A 71, 042319 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.042319

[9] S Turgut. „Transformări catalitice pentru stări pure bipartite”. J. Fiz. A 40, 12185–12212 (2007).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​40/​40/​012

[10] Matthew Klimesh. „Inegalități care caracterizează colectiv complet relația de majorizare catalitică” (2007). arXiv:0709.3680.
arXiv: 0709.3680

[11] Guillaume Aubrun și Ion Nechita. „Majorizarea catalitică și normele $ell_p$”. comun. Matematică. Fiz. 278, 133–144 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-007-0382-4

[12] Yuval Rishu Sanders și Gilad Gour. „Condiții necesare pentru catalizatorii de încurcare”. Fiz. Rev. A 79, 054302 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.054302

[13] Michael Grabowecky și Gilad Gour. „Legături pe catalizatorii de încurcare”. Fiz. Rev. A 99, 052348 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.052348

[14] Rivu Gupta, Arghya Maity, Shiladitya Mal și Aditi Sen(De). „Statistică a transformării întanglementării cu ierarhii între catalizatori”. Fiz. Rev. A 106, 052402 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.052402

[15] Chandan Datta, Tulja Varun Kondra, Marek Miller și Alexander Streltsov. „Cataliza întanglementării și a altor resurse cuantice”. Rapoarte despre progresul în fizică 86, 116002 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​acfbec

[16] Seth Lloyd. „Capacitatea canalului cuantic zgomotos”. Fiz. Rev. A 55, 1613–1622 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.55.1613

[17] David P. DiVincenzo, Peter W. Shor și John A. Smolin. „Capacitatea canalului cuantic al canalelor foarte zgomotoase”. Fiz. Rev. A 57, 830–839 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.830

[18] Howard Barnum, MA Nielsen și Benjamin Schumacher. „Transmiterea informațiilor printr-un canal cuantic zgomotos”. Fiz. Rev. A 57, 4153–4175 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.4153

[19] Benjamin Schumacher și Michael D. Westmoreland. „Confidențialitate cuantică și coerență cuantică”. Fiz. Rev. Lett. 80, 5695–5697 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.80.5695

[20] I. Devetak. „Capacitatea clasică privată și capacitatea cuantică a unui canal cuantic”. IEEE Transactions on Information Theory 51, 44–55 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2004.839515

[21] Roberto Rubboli și Marco Tomamichel. „Limite fundamentale ale transformărilor stării catalitice corelate”. Fiz. Rev. Lett. 129, 120506 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.120506

[22] Wim van Dam și Patrick Hayden. „Transformări ale încurcăturii universale fără comunicare”. Fiz. Rev. A 67, 060302 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.67.060302

[23] Karol Życzkowski, Paweł Horodecki, Anna Sanpera și Maciej Lewenstein. „Volumul setului de stări separabile”. Fiz. Rev. A 58, 883–892 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.58.883

[24] G. Vidal și RF Werner. „Măsura calculabilă a încurcăturii”. Fiz. Rev. A 65, 032314 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.032314

[25] Charles H. Bennett, Herbert J. Bernstein, Sandu Popescu și Benjamin Schumacher. „Concentrarea încurcăturii parțiale de către operațiuni locale”. Fiz. Rev. A 53, 2046–2052 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.53.2046

[26] V. Vedral, MB Plenio, MA Rippin și PL Knight. „Cuantificarea încurcăturii”. Fiz. Rev. Lett. 78, 2275–2279 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.2275

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

[28] Patryk Lipka-Bartosik și Paul Skrzypczyk. „Toate statele sunt catalizatori universali în termodinamica cuantică”. Fiz. Rev. X 11, 011061 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.011061

[29] Tulja Varun Kondra, Chandan Datta și Alexander Streltsov. „Conversia stochastică a stării aproximative pentru teoriile de încrucișare și resurse cuantice generale” (2021). arXiv:2111.12646.
arXiv: 2111.12646

[30] Valentina Baccetti și Matt Visser. „Entropia shannon infinită”. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 2013, P04010 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1742-5468/​2013/​04/​p04010

[31] Garry Bowen și Nilanjana Datta. „Manipularea întâlcirii asimptotice a stărilor pure bipartite”. IEEE Transactions on Information Theory 54, 3677–3686 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2008.926377

[32] Francesco Buscemi și Nilanjana Datta. „Distilarea încurcăturii din resursele arbitrare”. Journal of Mathematical Physics 51, 102201 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.3483717

[33] Stephan Waeldchen, Janina Gertis, Earl T. Campbell și Jens Eisert. „Renormalizarea distilării încurcăturilor”. Fiz. Rev. Lett. 116, 020502 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.020502

[34] CE Shannon. „O teorie matematică a comunicării”. Jurnalul tehnic Bell System 27, 379–423 (1948).
https: / / doi.org/ 10.1002 / j.1538-7305.1948.tb01338.x

[35] CE Shannon și W. Weaver. „Teoria matematică a comunicării”. University of Illinois Press. (1998). url: http://​/​www.worldcat.org/​oclc/​967725093.
http://​/​www.worldcat.org/​oclc/​967725093

[36] TM Cover și JA Thomas. „Elemente de teoria informației”. John Wiley & Sons, Ltd. (2005).
https: / / doi.org/ 10.1002 / 047174882X

[37] Benjamin Schumacher și MA Nielsen. „Prelucrarea datelor cuantice și corectarea erorilor”. Fiz. Rev. A 54, 2629–2635 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.2629

[38] Michał Horodecki, Paweł Horodecki și Ryszard Horodecki. „Abordare unificată a capacităților cuantice: către teorema de codare cuantică zgomotoasă”. Fiz. Rev. Lett. 85, 433–436 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.433

[39] PW Shor. „Capacitatea canalului cuantic și informații coerente”. În cadrul MSRI Workshop on Quantum Computation. (2002).

[40] John Watrous. „Teoria informațiilor cuantice”. Cambridge University Press. (2018).
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316848142

[41] Nicolas J. Cerf. „Clonarea Pauli a unui bit cuantic”. Fiz. Rev. Lett. 84, 4497–4500 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.84.4497

[42] AS Holevo și RF Werner. „Evaluarea capacităților canalelor bosonice gaussiene”. Fiz. Rev. A 63, 032312 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.63.032312

[43] Michael M. Wolf, David Pérez-García și Geza Giedke. „Capacitățile cuantice ale canalelor bosonice”. Fiz. Rev. Lett. 98, 130501 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.130501

[44] Graeme Smith, John A. Smolin și Andreas Winter. „Capacitatea cuantică cu canale laterale simetrice”. IEEE Transactions on Information Theory 54, 4208–4217 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2008.928269

[45] Francesco Buscemi și Nilanjana Datta. „Capacitatea cuantică a canalelor cu zgomot corelat arbitrar”. IEEE Transactions on Information Theory 56, 1447–1460 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2009.2039166

[46] Felix Leditzky, Debbie Leung și Graeme Smith. „Capacitățile cuantice și private ale canalelor cu zgomot redus”. Fiz. 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 și Chiara Macchiavello. „Detecția experimentală a capacităților canalelor cuantice”. Fiz. Rev. Lett. 119, 100502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.100502

[48] Chiara Macchiavello și Massimiliano F. Sacchi. „Detectarea limitelor inferioare ale capacităților canalului cuantic”. Fiz. Rev. Lett. 116, 140501 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.140501

[49] Noah Davis, Maksim E. Shirokov și Mark M. Wilde. „Capacitățile private și cuantice asistate în două sensuri cu constrângere de energie ale canalelor cuantice”. Fiz. Rev. A 97, 062310 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.062310

[50] Laszlo Gyongyosi, Sandor Imre și Hung Viet Nguyen. „Un studiu asupra capacităților canalelor cuantice”. Tutoriale pentru sondaje de comunicații IEEE 20, 1149–1205 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1109/​COMST.2017.2786748

[51] AS Holevo. „Capacitățile canalului cuantic”. Quantum Electronics 50, 440–446 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1070/​qel17285

[52] Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra și Alexander Streltsov. „Echivalența catalitică și asimptotică pentru încrucișarea cuantică” (2023). arXiv:2305.03488.
arXiv: 2305.03488

[53] Igor Devetak și Andreas Winter. „Distilarea cheii secrete și încurcarea din stările cuantice”. Proc. R. Soc. Lond. A 461, 207–235 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2004.1372

[54] Matthias Christandl și Andreas Winter. „„Încrucișarea strivită”: o măsură aditivă a încurcăturii”. J. Matematică. Fiz. 45, 829–840 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1643788

[55] R Alicki și M Fannes. „Continuitatea informațiilor condiționale cuantice”. J. Fiz. A 37, L55–L57 (2004).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​37/​5/​l01

[56] Michael Horodecki, Peter W. Shor și Mary Beth Ruskai. „Entanglement Breaking Channels”. Rev. Matematică. Fiz. 15, 629–641 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0129055X03001709

[57] Alexander Streltsov, Remigiusz Augusiak, Maciej Demianowicz și Maciej Lewenstein. „Progres către o abordare unificată a distribuției încurcăturilor”. Fiz. Rev. A 92, 012335 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.012335

[58] Charles H. Bennett, David P. DiVincenzo, John A. Smolin și William K. Wootters. „Încrucișarea cu stări mixte și corectarea erorilor cuantice”. Fiz. Rev. A 54, 3824–3851 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.3824

[59] William K. Wootters. „Împlicarea formării unei stări arbitrare de doi qubiți”. Fiz. Rev. Lett. 80, 2245–2248 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.80.2245

[60] Arijit Dutta, Junghee Ryu, Wiesław Laskowski și Marek Żukowski. „Criterii de încrucișare pentru rezistența la zgomot a stărilor cu două qudit”. Litere de fizică A 380, 2191–2199 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2016.04.043

[61] Remigiusz Augusiak, Maciej Demianowicz și Paweł Horodecki. „Observabil universal care detectează toate testele de separabilitate bazate pe determinanți și încrucișarea de doi qubiți”. Fiz. Rev. A 77, 030301 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.77.030301

[62] Michał Horodecki, Paweł Horodecki și Ryszard Horodecki. „Matricele de densitate inseparabile cu două spin-$frac{1}{2}$ pot fi distilate într-o formă singlet”. Fiz. 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 și Nicole Yunger Halpern. „Teoria resurselor de neechilibru informațional în termodinamică”. Rapoarte de fizică 583, 1–58 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2015.04.003

[64] Fernando Brandão, Michał Horodecki, Nelly Ng, Jonathan Oppenheim și Stephanie Wehner. „A doua lege a termodinamicii cuantice”. Proc. Natl. Acad. Sci. SUA 112, 3275–3279 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1411728112

[65] Henrik Wilming, Rodrigo Gallego și Jens Eisert. „Caracterizarea axiomatică a entropiei relative cuantice și a energiei libere”. Entropia 19, 241 (2017).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e19060241

[66] Paul Boes, Jens Eisert, Rodrigo Gallego, Markus P. Müller și Henrik Wilming. „Entropia Von Neumann din unitate”. Fiz. Rev. Lett. 122, 210402 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.210402

[67] H. Wilming. „Entropie și cataliză reversibilă”. Fiz. Rev. Lett. 127, 260402 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.260402

[68] Naoto Shiraishi și Takahiro Sagawa. „Termodinamica cuantică a conversiei stării corelate-catalitice la scară mică”. Fiz. Rev. Lett. 126, 150502 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.150502

[69] Ivan Henao și Raam Uzdin. „Transformări catalitice cu medii de dimensiuni finite: aplicații la răcire și termometrie”. Quantum 5, 547 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-09-21-547

[70] I. Henao şi R. Uzdin. „Pârghie catalitică a corelațiilor și atenuarea disipării în ștergerea informațiilor”. Fiz. Rev. Lett. 130, 020403 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.020403

[71] Kaifeng Bu, Uttam Singh și Junde Wu. „Transformări de coerență catalitică”. Fiz. Rev. A 93, 042326 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.042326

[72] Alexander Streltsov, Gerardo Adesso și Martin B. Plenio. „Colocviu: coerența cuantică ca resursă”. Rev. Mod. Fiz. 89, 041003 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.89.041003

[73] Johan Åberg. „Coerența catalitică”. Fiz. Rev. Lett. 113, 150402 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.150402

[74] Joan A Vaccaro, Sarah Croke și Stephen M Barnett. „Este coerența catalitică?”. J. Fiz. A 51, 414008 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​aac112

[75] Matteo Lostaglio și Markus P. Müller. „Coerența și asimetria nu pot fi transmise”. Fiz. Rev. Lett. 123, 020403 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.020403

[76] Ryuji Takagi și Naoto Shiraishi. „Corelarea în catalizatori permite manipularea arbitrară a coerenței cuantice”. Fiz. Rev. Lett. 128, 240501 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.240501

[77] Priyabrata Char, Dipayan Chakraborty, Amit Bhar, Indrani Chattopadhyay și Debasis Sarkar. „Transformări catalitice în teoria coerenței”. Fiz. Rev. A 107, 012404 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.107.012404

[78] Chandan Datta, Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra și Alexander Streltsov. „Există un set finit complet de monotone în orice teorie a resurselor cuantice?”. Fiz. Rev. Lett. 130, 240204 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.240204

Citat de

[1] Chandan Datta, Tulja Varun Kondra, Marek Miller și Alexander Streltsov, „Catalysis of entanglement and other quantum resources”, Rapoarte privind progresul în fizică 86 11, 116002 (2023).

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

[3] I. Henao și R. Uzdin, „Leverage Catalytic of Correlations and Mitigation of Dissipation in Information Erasure”, Scrisori de revizuire fizică 130 2, 020403 (2023).

[4] Seok Hyung Lie și Hyunseok Jeong, „Alatoriu catalitic delocalizat și dinamic și flux de informații”, Revista fizică A 107 4, 042430 (2023).

[5] Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra și Alexander Streltsov, „Echivalența catalitică și asimptotică pentru entanglement cuantic”, arXiv: 2305.03488, (2023).

[6] Elia Zanoni, Thomas Theurer și Gilad Gour, „Complete Characterization of Entanglement Embzzlement”, arXiv: 2303.17749, (2023).

[7] Chandan Datta, Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra și Alexander Streltsov, „Există un set complet finit de monotone în orice teorie a resurselor cuantice?”, Scrisori de revizuire fizică 130 24, 240204 (2023).

Citatele de mai sus sunt din ADS SAO / NASA (ultima actualizare cu succes 2024-03-21 03:41:02). Lista poate fi incompletă, deoarece nu toți editorii furnizează date de citare adecvate și complete.

On Serviciul citat de Crossref nu s-au găsit date despre citarea lucrărilor (ultima încercare 2024-03-21 03:41:00).

Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic