1Institutionen för fysik, Duke University, Durham, North Carolina, USA 27708
2Centre for Quantum Information and Communication, Ecole polytechnique de Bruxelles, CP 165, Université libre de Bruxelles, 1050 Bryssel, Belgien
Hitta det här uppsatsen intressant eller vill diskutera? Scite eller lämna en kommentar på SciRate.
Abstrakt
Vi överväger problemet med entanglingsassisterad engångskommunikation. I nollfelsregimen kan intrassling öka engångsnollfelskapaciteten för en familj av klassiska kanaler enligt strategin av Cubitt et al., Phys. Rev. Lett. 104, 230503 (2010). Denna strategi använder Kochen-Specker-satsen som endast är tillämplig på projektiva mätningar. Som sådan, i regimen av bullriga tillstånd och/eller mätningar, kan denna strategi inte öka kapaciteten. För att tillgodose allmänt bullriga situationer undersöker vi sannolikheten för framgång i ett enda steg för att skicka ett fast antal klassiska meddelanden. Vi visar att förberedelsekontextualitet driver kvantfördelen i denna uppgift, vilket ökar sannolikheten för framgång i en enda gång utöver dess klassiska maximum. Vår behandling sträcker sig bortom Cubitt et al. och inkluderar till exempel det experimentellt implementerade protokollet av Prevedel et al., Phys. Rev. Lett. 106, 110505 (2011). Vi visar sedan en kartläggning mellan denna kommunikationsuppgift och ett motsvarande icke-lokalt spel. Denna kartläggning generaliserar sambandet med pseudotelepatispel som tidigare noterats i nollfelsfallet. Slutligen, efter att ha motiverat en begränsning som vi kallar $textit{kontextoberoende gissning}$, visar vi att kontextualitet som bevittnas av brusstarka icke-kontextualitetsmässiga ojämlikheter erhållna i R. Kunjwal, Quantum 4, 219 (2020), är tillräcklig för att förstärka den ena- skott framgång sannolikhet. Detta ger en operativ mening till dessa ojämlikheter och den associerade hypergrafinvarianten, den viktade max-förutsägbarheten, introducerad i R. Kunjwal, Quantum 3, 184 (2019). Våra resultat visar att uppgiften med entanglingsassisterad klassisk kommunikation i ett slag ger en grogrund för att studera samspelet mellan Kochen-Specker-satsen, Spekkens kontextualitet och Bells icke-lokalitet.
Utvald bild: Illustration av det entanglingsassisterade klassiska kommunikationsprotokollet.
[Inbäddat innehåll]
Populär sammanfattning
Specifikt studerar vi följande kommunikationsproblem: Alice (sändaren) är kopplad till Bob (mottagaren) via en bullrig klassisk kanal. De får tillgång till delad intrassling och kan implementera lokala kvantmätningar. Det är känt att för en viss familj av klassiska kanaler inspirerade av Kochen-Specker-satsen, kan antalet meddelanden som kan skickas utan fel över den klassiska kanalen (dvs. den engångs nollfelskapacitet) ökas med åtkomst till delad förveckling. Detta nollfelsresultat beror på Cubitt et al. [Fys. Rev. Lett. 104, 230503 (2010)] är också intimt besläktat med icke-lokala spel som kallas pseudotelepatispel som tillåter perfekta kvantvinststrategier.
Vi studerar detta kommunikationsproblem i den bullriga regimen där Kochen-Specker-satsen är otillämplig. Därmed visar vi det intima sambandet mellan detta problem och bullerstark kontextualitet i formuleringen som föreslagits av Spekkens [Phys. Rev. A 71, 052108 (2005)] och med en familj av icke-lokala spel inspirerade av kommunikationsproblemet. Under ett antagande att parterna inte litar på sannolikheterna förknippade med den klassiska kanalen, utan bara litar på dess possibilistiska struktur (kodad i kanalhypergrafen), visar vi också att brusrobust kontextualitet som bevittnas av en hypergrafinvariant är tillräcklig för kvantfördelar i denna uppgift. Detta ger en operativ mening åt de kontextualitetsvittnen som erhållits i R. Kunjwal, Quantum 4, 219 (2020).
► BibTeX-data
► Referenser
[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 och RA Holt, föreslog experiment för att testa lokala dolda-variabla teorier, Phys. Pastor Lett. 23, 880 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880
[3] S. Kochen och 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 och 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 och 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 och 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 och J. Emerson, Contextuality tillhandahåller "magin" för kvantberäkning, Nature 510, 351 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature13460
[8] J. Barrett och A. Kent, Non-contextuality, finite precision measurement and the Kochen-Specker theorem, Studies in History and Philosophy of Science Del 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, Vad bevisar eller motbevisar ett experimentellt test av kvantkontextualitet?, 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, Vad lär vi oss om kvantteori från Kochen-Speckers kvantkontextualitet?, PIRSA 17070034 (2017).
https: / / doi.org/ 10.48660 / 17070034
[12] G. Chiribella och X. Yuan, Mätskärpa minskar icke-lokalitet och kontextualitet i varje fysikalisk teori, arXiv preprint arXiv:1404.3348 (2014).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1404.3348
arXiv: 1404.3348
[13] RW Spekkens, Kontextualitet för beredningar, transformationer och oskarpa mätningar, Phys. Rev. A 71, 052108 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.052108
[14] MD Mazurek, MF Pusey, R. Kunjwal, KJ Resch och RW Spekkens, Ett experimentellt test av icke -kontextualitet utan ofysiska idealiseringar, Nature Communications 7, 1 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms11780
[15] MF Pusey, L. Del Rio och B. Meyer, Contextuality without access to a tomographically complete set, arXiv preprint arXiv:1904.08699 (2019).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1904.08699
arXiv: 1904.08699
[16] MD Mazurek, MF Pusey, KJ Resch och RW Spekkens, Experimentellt begränsande avvikelser från kvantteori i landskapet av generaliserade probabilistiska teorier, PRX Quantum 2, 020302 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020302
[17] R. Kunjwal och RW Spekkens, Från Kochen-Specker-satsen till icke-kontextualitetsinjämlikheter utan att anta determinism, Phys. Rev. Lett. 115, 110403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.110403
[18] R. Kunjwal och RW Spekkens, Från statistiska bevis för Kochen-Specker-satsen till brusstarka icke-kontextualitetsjämlikheter, Phys. Rev. A 97, 052110 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.052110
[19] RW Spekkens, DH Buzacott, AJ Keehn, B. Toner och GJ Pryde, Preparation Contextuality Powers Parity-Oblivious Multiplexing, Phys. Pastor Lett. 102, 010401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.010401
[20] A. Chailloux, I. Kerenidis, S. Kundu och J. Sikora, Optimal bounds for parity-olivious random access codes, New Journal of Physics 18, 045003 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/4/045003
[21] D. Schmid och RW Spekkens, Contextual Advantage for State Discrimination, Phys. Rev. X 8, 011015 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.011015
[22] D. Saha och A. Chaturvedi, Förberedelsekontextualitet som en väsentlig egenskap bakom kvantkommunikationsfördelen, Phys. Rev. A 100, 022108 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022108
[23] D. Saha, P. Horodecki och M. Pawłowski, State independent contextuality advances one-way communication, New Journal of Physics 21, 093057 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab4149
[24] R. Kunjwal, M. Lostaglio och MF Pusey, Anomala svaga värden och kontextualitet: Robusthet, täthet och imaginära delar, Phys. Rev. A 100, 042116 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.042116
[25] M. Lostaglio och G. Senno, Kontextuell fördel för tillståndsberoende 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 oequalities 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 och 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 och M. Wootters, Optimal entanglement-assisted one-shot classic communication, Phys. Rev. A 87, 062301 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.062301
[30] J. Barrett, Informationsbehandling i generaliserade probabilistiska teorier, Phys. Rev. A 75, 032304 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032304
[31] A. Acín, T. Fritz, A. Leverrier och 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 metodologiska princip och dess betydelse i Einsteins arbete, 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 och 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 förberedelse utan kontextualitet ojämlikheter i det enklaste scenariot, Phys. Rev. A 98, 022112 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.022112
[35] A. Tavakoli och R. Uola, Mätkompatibilitet och styrning är nödvändiga och tillräckliga för operativ kontextualitet, Phys. Rev. Research 2, 013011 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013011
[36] MS Leifer och 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 och WK Wootters, En fullständig klassificering av kvantensembler med en given densitetsmatris, 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 och A. Roy, Ontologiska modeller, förberedelsekontextualitet och icke-lokalitet, Foundations of Physics 44, 1230 (2014).
https://doi.org/10.1007/s10701-014-9839-4
[39] P. Heywood och 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 och S. Wehner, Bell nonlocality, Rev. Mod. Phys. 86, 419 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
[41] S. Popescu och D. Rohrlich, Quantum nonlocality as an axiom, Foundations of Physics 24, 379 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098
[42] A. Peres, Två enkla bevis på Kochen-Speckers sats, Journal of Physics A: Mathematical and General 24, L175 (1991).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/24/4/003
[43] A. Peres, Inkompatibla resultat av kvantmätningar, Physics Letters A 151, 107 (1990).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(90)90172-K
[44] ND Mermin, Hidden variables and the two theorems of John Bell, Rev. Mod. Phys. 65, 803 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.65.803
[45] A. Peres, Quantum theory: concepts and methods, Vol. 57 (Springer Science & Business Media, 2006).
https://doi.org/10.1007/0-306-47120-5
[46] AA Klyachko, MA Can, S. Binicioğlu och 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 och B. Westerbaan, Ett 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 gräns för storleken på det minsta Kochen-Specker vektorsystemet, Magisteruppsats, Oxford University (2009).
http: / / www.cs.ox.ac.uk/ folk / joel.ouaknine / download / arends09.pdf
[49] R. Kunjwal, C. Heunen och T. Fritz, Kvantförverkligande av godtyckliga gemensamma mätbarhetsstrukturer, Phys. Rev. A 89, 052126 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.052126
[50] N. Andrejic och R. Kunjwal, Gemensamma mätbarhetsstrukturer realiserbara med qubit-mätningar: Inkompatibilitet via marginalkirurgi, Phys. Rev. Research 2, 043147 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043147
[51] R. Kunjwal och S. Ghosh, Minimalt tillståndsberoende bevis på mätkontextualitet för 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 och P. Xue, Experimentell generaliserad kontextualitet med singelfoton-qubits, Optica 4, 966 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.4.000966
[53] I. Marvian, Otillgänglig information i probabilistiska modeller av kvantsystem, ojämlikheter i icke-kontextualitet och bruströsklar för kontextualitet, arXiv preprint arXiv:2003.05984 (2020).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2003.05984
arXiv: 2003.05984
[54] TS Cubitt, D. Leung, W. Matthews och A. Winter, Nollfelskanalkapacitet och simulering med hjälp av icke-lokala korrelationer, IEEE Transactions on Information Theory 57, 5509 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2011.2159047
[55] CE Shannon, En anteckning om en delbeställning för kommunikationskanaler, Information och 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 och 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, Nonlocality för två partiklar utan ojämlikheter för nästan alla intrasslade tillstånd, Phys. Rev. Lett. 71, 1665 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.71.1665
[58] A. Cabello, J. Estebaranz och G. García-Alcaine, Bell-Kochen-Speckers sats: Ett bevis med 18 vektorer, Physics Letters A 212, 183 (1996).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(96)00134-X
Citerad av
[1] Victor Gitton och Mischa P. Woods, "Om systemets kryphål för generaliserad icke-kontextualitet", arXiv: 2209.04469.
[2] Lorenzo Catani, Matthew Leifer, David Schmid och Robert W. Spekkens, "Varför interferensfenomen inte fångar essensen av kvantteorin", arXiv: 2111.13727.
[3] John H. Selby, Elie Wolfe, David Schmid och Ana Belén Sainz, "An open source linear program for testing nonclassicality", arXiv: 2204.11905.
[4] David Schmid, Haoxing Du, John H. Selby och Matthew F. Pusey, "Uniqueness of Noncontextual Models for Stabilizer Subtheories", Fysiska granskningsbrev 129 12, 120403 (2022).
[5] John H. Selby, David Schmid, Elie Wolfe, Ana Belén Sainz, Ravi Kunjwal och Robert W. Spekkens, "Contextuality without incompatibility", arXiv: 2106.09045.
[6] Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Roope Uola och 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 och Robert W. Spekkens, "Tillgängliga fragment av generaliserade probabilistiska teorier, konekvivalens och tillämpningar för att bevittna icke-klassicitet", arXiv: 2112.04521.
[8] Lorenzo Catani och Matthew Leifer, "A matematisk ram för operativa finjusteringar", arXiv: 2003.10050.
[9] Victoria J Wright och Ravi Kunjwal, "Kontextualitet i sammansatta system: trasslingens roll i Kochen-Specker-teoremet", arXiv: 2109.13594.
[10] Anubhav Chaturvedi, Máté Farkas och Victoria J Wright, "Karakteriserar och begränsar uppsättningen kvantbeteenden i kontextualitetsscenarier", arXiv: 2010.05853.
[11] Lorenzo Catani, Ricardo Faleiro, Pierre-Emmanuel Emeriau, Shane Mansfield och Anna Pappa, "Connecting XOR and XOR* games", arXiv: 2210.00397.
Ovanstående citat är från SAO / NASA ADS (senast uppdaterad framgångsrikt 2022-10-14 04:01:02). Listan kan vara ofullständig eftersom inte alla utgivare tillhandahåller lämpliga och fullständiga citatdata.
On Crossrefs citerade service Inga uppgifter om citerande verk hittades (sista försök 2022-10-14 04:01:00).
Detta papper publiceras i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Upphovsrätten kvarstår med de ursprungliga upphovsrättsinnehavarna som författarna eller deras institutioner.
