Ресурсная теория неклассичности канальных ансамблей

Ресурсная теория неклассичности канальных ансамблей

Отметка времени: 10 октября 2023 г., 12:15

Беата Зявин1, Дэвид Шмид1, Мэтти Дж. Хобан2,3и Ана Белен Сайнс1

1Международный центр теории квантовых технологий, Университет Гданьска, 80-309 Гданьск, Польша
2Кембридж Квантум Компьютинг Лтд.
3ООО «Квантинуум»

Находите эту статью интересной или хотите обсудить? Scite или оставить комментарий на SciRate.

Абстрактные

Когда две стороны, Алиса и Боб, используют общие коррелированные квантовые системы, а Алиса выполняет локальные измерения, обновленное описание Алисы состояния Боба может предоставить доказательства неклассических корреляций. Этот простой сценарий, широко представленный Эйнштейном, Подольским и Розеном (ЭПР), можно модифицировать, разрешив Бобу также иметь на входе классическую или квантовую систему. В этом случае Алиса обновляет свои знания о канале (а не о состоянии) в лаборатории Боба. В этой статье мы предлагаем единую основу для изучения неклассичности различных подобных обобщений сценария ЭПР. Мы делаем это, используя теорию ресурсов, в которой свободными операциями являются локальные операции и общая случайность (LOSR). Мы выводим полуопределенную программу для изучения предзаказа ресурсов EPR и обнаруживаем возможные преобразования между последними. Более того, мы изучаем превращения между постквантовыми ресурсами как аналитически, так и численно.

Ресурсная теория неклассичности канальных ансамблей PlatoBlockchain Data Intelligence. Вертикальный поиск. Ай.

► Данные BibTeX

► Рекомендации

[1] Джон С. Белл. «О парадоксе Эйнштейна-Подольского-Розена». Physics Physique Физика 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[2] Николя Бруннер, Даниэль Кавальканти, Стефано Пиронио, Валерио Скарани и Стефани Венер. «Колокольная нелокальность». Обзоры современной физики 86, 419 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419

[3] Альберт Эйнштейн, Борис Подольский и Натан Розен. «Можно ли считать квантово-механическое описание физической реальности полным?». Физический обзор 47, 777 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.47.777

[4] Эрвин Шредингер. «Обсуждение вероятностных отношений между разделенными системами». Математические труды Кембриджского философского общества 31, 555–563 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1017 / S0305004100013554

[5] Эрик Гама Кавальканти, Стив Дж. Джонс, Ховард М. Уайзман и Маргарет Д. Рид. «Экспериментальные критерии управления и парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена». Физическое обозрение А 80, 032112 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.80.032112

[6] Ховард М. Уайзман, Стив Джеймс Джонс и Эндрю С. Доэрти. «Управление, запутанность, нелокальность и парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена». Письма с физическим обзором 98, 140402 (2007 г.).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.140402

[7] Роопе Уола, Ана К.С. Коста, Х Чау Нгуен и Отфрид Гюне. «Квантовое управление». Обзоры современной физики 92, 015001 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.92.015001

[8] Сирил Бранчард, Эрик Дж. Кавальканти, Стивен П. Уолборн, Валерио Скарани и Ховард М. Уайзман. «Одностороннее независимое от устройства квантовое распределение ключей: безопасность, осуществимость и связь с управлением». Физический обзор A 85, 010301 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.010301

[9] Юй Сян, Иоаннис Когиас, Херардо Адессо и Цюнджи Хэ. «Многостороннее гауссово управление: ограничения моногамии и приложения квантовой криптографии». физ. Ред. А 95, 010101 (2017 г.).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.010101

[10] Даниэль Кавальканти, Пол Скшипчик, Г.Х. Агилар, Р.В. Нери, П.Х. Соуто Рибейро и С.П. Уолборн. «Обнаружение запутанности в асимметричных квантовых сетях и многочастное квантовое управление». Природные коммуникации 6, 1–6 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms8941

[11] Алехандро Маттар, Пол Скшипчик, Г.Х. Агилар, Р.В. Нери, П.Х. Соуто Рибейро, С.П. Уолборн и Даниэль Кавальканти. «Экспериментальная многочастная запутанность и сертификация случайности состояния w в сценарии квантового управления». Квантовая наука и технологии 2, 015011 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / aa629b

[12] Эльза Пассаро, Даниэль Кавальканти, Пол Скшипчик и Антонио Асин. «Оптимальная сертификация случайности в сценариях квантового управления и подготовки и измерения». Новый физический журнал 17, 113010 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​11/​113010

[13] Юнь Чжи Ло, Жан-Даниэль Банкаль, Валерио Скарани и др. «Квантовое извлечение случайных чисел для различных уровней характеристики устройств». Журнал физики А: Математическое и теоретическое 47, 424028 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​47/​42/​424028

[14] Иван Шупич и Мэтти Джей Хобан. «Самотестирование через ЭПР-управление». Новый журнал физики 18, 075006 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​7/​075006

[15] Сучетана Госвами, Бихалан Бхаттачарья, Дебарши Дас, Сурадип Сасмаль, К. Джебаратнам и А.С. Маджумдар. «Одностороннее аппаратно-независимое самотестирование любого чистого двухкубитного запутанного состояния». Физическое обозрение А 98, 022311 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.022311

[16] Шин-Лян Чен, Хуан-Юй Ку, Вэньбинь Чжоу, Джорди Тура и Юэ-Нан Чен. «Надежное самотестирование управляемых квантовых сборок и их приложений при независимой от устройств квантовой сертификации». Квант 5, 552 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-09-28-552

[17] Мэтью Ф Пьюзи. «Негативность и управление: более сильная гипотеза Переса». Физический обзор A 88, 032313 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.032313

[18] Пол Скшипчик, Мигель Наваскуэс и Даниэль Кавальканти. «Количественная оценка рулевого управления Эйнштейна-Подольского-Розена». Письма о физическом обзоре 112, 180404 (2014 г.).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.180404

[19] Марко Пиани и Джон Уотроус. «Необходимая и достаточная квантовая информационная характеристика рулевого управления Эйнштейна-Подольского-Розена». Письма о физическом обзоре 114, 060404 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.060404

[20] Родриго Гальего и Леандро Аолита. «Ресурсная теория рулевого управления». Физический обзор X 5, 041008 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.5.041008

[21] Беата Зьявин, Дэвид Шмид, Мэтти Дж. Хобан и Ана Белен Сайнс. «Количественная оценка ЭПР: ресурсная теория неклассичности сборок общих причин». Квант 7, 926 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-02-16-926

[22] Эли Вулф, Дэвид Шмид, Ана Белен Сайнс, Рави Кунджвал и Роберт Спеккенс. «Количественный Белл: ресурсная теория неклассичности ящиков общей причины». Квант 4, 280 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-06-08-280

[23] Дэвид Шмид, Томас С. Фрейзер, Рави Кунджвал, Ана Белен Сайнс, Эли Вулф и Роберт В. Спеккенс. «Понимание взаимодействия запутанности и нелокальности: мотивация и развитие новой ветви теории запутанности» (2020). URL: https://arxiv.org/abs/2004.09194.
Arxiv: 2004.09194

[24] Дэвид Шмид, Денис Россет и Франческо Бушеми. «Независимая от типа ресурсная теория локальных операций и разделяемой случайности». Квант 4, 262 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-30-262

[25] Марко Пиани. «Управление каналом». JOSA B 32, A1–A7 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1364 / JOSAB.32.0000A1

[26] Ана Белен Сайнс, Мэтти Джей Хобан, Пол Скшипчик и Леандро Аолита. «Двустороннее постквантовое управление в обобщенных сценариях». Письма о физическом обзоре 125, 050404 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.050404

[27] Эрик Дж. Кавальканти, Майкл Дж. У. Холл и Говард М. Уайзман. «Проверка запутанности и управление, когда Алисе и Бобу нельзя доверять». Физическое обозрение А 87, 032306 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.032306

[28] Денис Россет, Дэвид Шмид и Франческо Бушеми. «Типонезависимая характеристика пространственноподобных разделенных ресурсов». Письма о физическом обзоре 125, 210402 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.210402

[29] Иман Марвиан и Роберт Спеккенс. «Как количественно оценить согласованность: различение выразимых и невыразимых понятий». Физический обзор A 94, 052324 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.052324

[30] Иман Марвиан, Роберт В. Спеккенс и Паоло Занарди. «Ограничения квантовой скорости, когерентность и асимметрия». Физический обзор A 93, 052331 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.052331

[31] Андреас Винтер и Донг Ян. «Теория согласованности оперативных ресурсов». Письма о физическом обзоре 116, 120404 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.120404

[32] Фернандо Г.С.Л. Брандао, Михал Городецкий, Джонатан Оппенгейм, Джозеф М. Ренес и Роберт В. Спеккенс. «Ресурсная теория квантовых состояний вне теплового равновесия». Письма о физическом обзоре 111, 250404 (2013 г.).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.250404

[33] Пол Скшипчик, Энтони Джей Шорт и Санду Попеску. «Выделение работы и термодинамика для индивидуальных квантовых систем». Связи с природой 5, 1–8 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5185

[34] Доминик Янцинг, Павел Вочан, Роберт Зейер, Рубино Гейсс и Т. Бет. «Термодинамическая цена надежности и низких температур: ужесточение принципа Ландауэра и второго закона». Международный журнал теоретической физики 39, 2717–2753 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1023 / A: 1026422630734

[35] Михал Городецкий и Джонатан Оппенгейм. «Фундаментальные ограничения для квантовой и наномасштабной термодинамики». Связи с природой 4, 1–6 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms3059

[36] Гилад Гур, Маркус П. Мюллер, Варун Нарасимхачар, Роберт В. Спеккенс и Николь Юнгер Халперн. «Ресурсная теория информационной неравновесности в термодинамике». Отчеты по физике 583, 1–58 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2015.04.003

[37] Зои Холмс, Эрик Хайндс Минго, Кэлвин Ю. Р. Чен и Флориан Минтерт. «Количественная оценка атермальности и квантовых отклонений от классических флуктуационных соотношений». Энтропия 22, 111 (2020).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e22010111

[38] Майкл А Нильсен. «Условия для класса преобразований запутанности». Письма о физическом обзоре 83, 436 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.83.436

[39] Чарльз Х. Беннетт, Герберт Дж. Бернштейн, Санду Попеску и Бенджамин Шумахер. «Концентрация частичной запутанности локальными операциями». Physical Review A 53, 2046 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.53.2046

[40] Юваль Ришу Сандерс и Гилад Гур. «Необходимые условия для катализаторов запутывания». Физический обзор A 79, 054302 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.054302

[41] Франческо Бушеми. «Все запутанные квантовые состояния нелокальны». Письма о физическом обзоре 108, 200401 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.200401

[42] Дэвид Шмид, Хаосин Ду, Марьям Мудассар, Ги Коултер-де Вит, Денис Россет и Мэтти Дж. Хобан. «Постквантовые каналы общей причины: ресурсная теория локальных операций и общая запутанность». Квант 5, 419 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-03-23-419

[43] Джонатан Барретт, Ноа Линден, Серж Массар, Стефано Пиронио, Санду Попеску и Дэвид Робертс. «Нелокальные корреляции как теоретико-информационный ресурс». Физический обзор A 71, 022101 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.022101

[44] Николя Бруннер и Пол Скшипчик. «Дистилляция нелокальности и постквантовые теории с тривиальной коммуникационной сложностью». Письма о физическом обзоре 102, 160403 (2009 г.).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.160403

[45] Иудейская жемчужина. «Причинность». Издательство Кембриджского университета. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[46] Кристофер Дж. Вуд и Роберт В. Спеккенс. «Урок причинно-следственных алгоритмов обнаружения квантовых корреляций: причинно-следственные объяснения нарушений неравенства Белла требуют тонкой настройки». Новый журнал физики 17, 033002 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​3/​033002

[47] Пауло Дж. Кавальканти, Джон Х. Селби, Джейми Сикора, Томас Д. Галлей и Ана Белен Сайнс. «Постквантовое управление — это более сильный, чем квантовый, ресурс для обработки информации». npj Квантовая информация 8, 1–10 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-022-00574-8

[48] Ана Белен Сайнс, Николя Бруннер, Даниэль Кавальканти, Пол Скшипчик и Тамаш Вертеси. «Постквантовое управление». Письма о физическом обзоре 115, 190403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.190403

[49] Санду Попеску и Даниэль Рорлих. «Квантовая нелокальность как аксиома». Основы физики 24, 379–385 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098

[50] Николай Гизин. «Стохастическая квантовая динамика и теория относительности». Helvetica Physica Acta 62, 363–371 (1989).
https: / / doi.org/ 10.5169 / seals-116034

[51] Лейн П. Хьюстон, Ричард Джосса и Уильям К. Вуттерс. «Полная классификация квантовых ансамблей, имеющих заданную матрицу плотности». Письма по физике A 183, 14–18 (1993).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0375-9601(93)90880-9

[52] Майкл А. Нильсен и Исаак Л. Чуанг. «Квантовые вычисления и квантовая информация: выпуск к 10-летию». Издательство Кембриджского университета. (2011).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[53] Дэвид Шмид, Катя Рид и Роберт В. Спеккенс. «Почему первоначальные корреляции системы и окружающей среды не подразумевают отказ от полной положительности: причинно-следственная перспектива». физ. Ред. А 100, 022112 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022112

[54] Ман-Дуэн Чой. «Вполне положительные линейные отображения на комплексных матрицах». Линейная алгебра и ее приложения 10, 285–290 (1975).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0024-3795(75)90075-0

[55] Анджей Ямиолковский. «Линейные преобразования, сохраняющие след и положительную полуопределенность операторов». Отчеты по математической физике 3, 275–278 (1972).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(72)90011-0

[56] Гас Гутоски и Джон Уотрус. «К общей теории квантовых игр». В материалах тридцать девятого ежегодного симпозиума ACM по теории вычислений. Страница 565. (2007).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 1250790.1250873

[57] Джулио Чирибелла, Джакомо Мауро Д'Ариано и Паоло Перинотти. «Теоретическая основа для квантовых сетей». Физический обзор А 80, 022339 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.80.022339

[58] Артур Файн. «Скрытые переменные, совместная вероятность и неравенства Белла». физ. Преподобный Летт. 48, 291–295 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.48.291

[59] «Матлаб». адрес: https://www.mathworks.com/​.
https://​/​www.mathworks.com/​

[60] Майкл Грант и Стивен Бойд. «CVX: программное обеспечение MATLAB для дисциплинированного выпуклого программирования». URL: http://cvxr.com/cvx.
http: / / cvxr.com/ cvx

[61] Майкл Грант и Стивен Бойд. «Графовые реализации для негладких выпуклых программ». В В. Блондель, С. Бойд и Х. Кимура, редакторы, Последние достижения в обучении и контроле. Страницы 95–110. Конспект лекций по управлению и информатике. Спрингер-Верлаг Лимитед (2008).

[62] Йос Ф. Штурм. «Использование sedumi 1.02, набора инструментов Matlab для оптимизации симметричных конусов». Методы оптимизации и программное обеспечение 11, 625–653 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 10556789908805766

[63] Натаниэль Джонстон. «QETLAB: набор инструментов MATLAB для квантовой запутанности». адрес: http://qetlab.com.
http: / / qetlab.com

[64] Беата Зьявин, Дэвид Шмид, Мэтти Дж. Хобан и Ана Белен Сайнс. код: beatazjawin/​Quantifying-EPR.
https://​/​github.com/​beatazjawin/​Количественная-ЭПР

[65] Даниэль Кавальканти и Пол Скшипчик. «Квантовое управление: обзор с акцентом на полуопределенное программирование». Отчеты о прогрессе в физике 80, 024001 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​80/​2/​024001

[66] Мигель Наваскес, Елена Гурьянова, Мэтти Дж. Хобан и Антонио Асин. «Почти квантовые корреляции». Природные коммуникации 6, 1 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7288

[67] Марцин Павловский, Томаш Патерек, Дагомир Кашликовский, Валерио Скарани, Андреас Винтер и Марек Жуковский. «Информационная причинность как физический принцип». Природа 461, 1101 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature08400

[68] Мигель Наваскес и Харальд Вундерлих. «Взгляд за пределы квантовой модели». Труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки 466, 881 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2009.0453

[69] Ана Белен Сайнс, Тобиас Фриц, Ремигиуш Аугусиак, Дж. Бор Браск, Рафаэль Чавес, Энтони Леверье и Антонио Асин. «Изучение принципа локальной ортогональности». Физическое обозрение А 89, 032117 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.032117

[70] Антонио Асин, Тобиас Фриц, Энтони Леверье и Ана Белен Сайнс. «Комбинаторный подход к нелокальности и контекстуальности». Коммуникации в математической физике 334, 533–628 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-2260-1

[71] Джо Хенсон и Ана Белен Сайнс. «Макроскопическая внеконтекстуальность как принцип почти квантовых корреляций». Физический обзор A 91, 042114 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.042114

[72] Джон Ф. Клаузер, Майкл А. Хорн, Эбнер Шимони и Ричард А. Холт. «Предлагаемый эксперимент для проверки локальных теорий скрытых переменных». Письма о физическом осмотре 23, 880 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880

[73] Мэтти Джей Хобан и Ана Белен Сайнс. «Структура на основе каналов для управления, нелокальности и не только». Новый журнал физики 20, 053048 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aabea8

[74] Михал Банацкий, Равишанкар Раманатан и Павел Городецкий. «Многосторонние канальные сборки» (2022). URL: https://arxiv.org/pdf/2205.05033.pdf.
https: / / arxiv.org/ PDF / 2205.05033.pdf

[75] Мигель Наваскес, Стефано Пиронио и Антонио Асин. «Ограничивающее множество квантовых корреляций». Physical Review Letters 98, 010401 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.010401

[76] Мигель Наваскес, Стефано Пиронио и Антонио Асин. «Сходящаяся иерархия полуопределенных программ, характеризующих набор квантовых корреляций». Новый журнал физики 10, 073013 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​10/​7/​073013

[77] Тило Эггелинг, Дирк Шлингеманн и Райнхард Ф. Вернер. «Полукаузальные операции полулокализуемы». EPL (Europhysical Letters) 57, 782 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1209 / EPL / i2002-00579-4

Цитируется

Эта статья опубликована в Quantum под Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) лицензия. Авторское право остается за первоначальными правообладателями, такими как авторы или их учреждения.

Отметка времени:

Больше от Квантовый журнал