Entanglement katalys för kvanttillstånd och brusiga kanaler

Entanglement katalys för kvanttillstånd och brusiga kanaler

Tidsstämpel: 20 mars 2024 11:17
Entanglement katalys för kvanttillstånd och bullriga kanaler PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikal sökning. Ai.

Chandan Datta1,2,3, Tulja Varun Kondra1, Marek Miller1och Alexander Streltsov1

1Center for Quantum Optical Technologies, Center of New Technologies, Warszawa universitet, Banacha 2c, 02-097 Warszawa, Polen
2Institutet för teoretisk fysik III, Heinrich Heine University Düsseldorf, Universitätsstraße 1, D-40225 Düsseldorf, Tyskland
3Institutionen för fysik, Indian Institute of Technology Jodhpur, Jodhpur 342030, Indien

Hitta det här uppsatsen intressant eller vill diskutera? Scite eller lämna en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Många tillämpningar av de framväxande kvantteknologierna, såsom kvantteleportation och kvantnyckeldistribution, kräver singletter, maximalt intrasslade tillstånd av två kvantbitar. Det är därför av yttersta vikt att utveckla optimala rutiner för att etablera singlets mellan avlägsna parter. Som har visats helt nyligen kan singletter erhållas från andra kvanttillstånd genom att använda en kvantkatalysator, ett intrasslat kvantsystem som inte ändras i proceduren. I detta arbete tar vi denna idé vidare, undersöker egenskaperna hos intrasslingskatalys och dess roll för kvantkommunikation. För transformationer mellan tvådelade rena tillstånd, bevisar vi existensen av en universell katalysator, som kan möjliggöra alla möjliga transformationer i denna uppställning. Vi visar fördelen med katalys i asymptotiska miljöer, och går utöver det typiska antagandet om oberoende och identiskt distribuerade system. Vi vidareutvecklar metoder för att uppskatta antalet singletter som kan etableras via en bullrig kvantkanal med hjälp av intrasslade katalysatorer. För olika typer av kvantkanaler leder våra resultat till optimala protokoll, vilket gör det möjligt att fastställa det maximala antalet singletter med en enda användning av kanalen.

► BibTeX-data

► Referenser

[1] Daniel Jonathan och Martin B. Plenio. "Entanglement-Assisted Local Manipulation of Pure Quantum States". Phys. Rev. Lett. 83, 3566-3569 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.83.3566

[2] Jens Eisert och Martin Wilkens. "Katalys av intrasslingsmanipulation för blandade stater". Phys. Rev. Lett. 85, 437–440 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.437

[3] Tulja Varun Kondra, Chandan Datta och Alexander Streltsov. "Katalytiska transformationer av rena intrasslade tillstånd". Phys. Rev. Lett. 127, 150503 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.150503

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

[5] MA Nielsen. "Villkor för en klass av intrasslingstransformationer". Phys. Rev. Lett. 83, 436-439 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.83.436

[6] Guifré Vidal, Daniel Jonathan och MA Nielsen. "Ungefärliga omvandlingar och robust manipulation av tvådelad renstatsförveckling". Phys. Rev. A 62, 012304 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.62.012304

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

[8] Runyao Duan, Yuan Feng, Xin Li och Mingsheng Ying. "Flerkopior intrasslingstransformation och intrasslingskatalys". Phys. Rev. A 71, 042319 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.042319

[9] S Turgut. "Katalytiska transformationer för tvådelade rena tillstånd". J. Phys. A 40, 12185–12212 (2007).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​40/​40/​012

[10] Matthew Klimesh. "Ojämlikheter som kollektivt helt karakteriserar den katalytiska majoriseringsrelationen" (2007). arXiv:0709.3680.
arXiv: 0709.3680

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

[12] Yuval Rishu Sanders och Gilad Gour. "Nödvändiga villkor för intrasslingskatalysatorer". Phys. Rev. A 79, 054302 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.054302

[13] Michael Grabowecky och Gilad Gour. "Gräser på intrasslingskatalysatorer". Phys. Rev. A 99, 052348 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.052348

[14] Rivu Gupta, Arghya Maity, Shiladitya Mal och Aditi Sen(De). "Statistik över förtrasslingstransformation med hierarkier bland katalysatorer". Phys. Rev. A 106, 052402 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.052402

[15] Chandan Datta, Tulja Varun Kondra, Marek Miller och Alexander Streltsov. "Katalys av intrassling och andra kvantresurser". Reports on Progress in Physics 86, 116002 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​acfbec

[16] Seth Lloyd. "Kapaciteten hos den bullriga kvantkanalen". Phys. Rev. A 55, 1613–1622 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.55.1613

[17] David P. DiVincenzo, Peter W. Shor och John A. Smolin. "Kvantumkanalkapacitet för mycket brusiga kanaler". Phys. Rev. A 57, 830–839 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.830

[18] Howard Barnum, MA Nielsen och Benjamin Schumacher. "Informationsöverföring genom en bullrig kvantkanal". Phys. Rev. A 57, 4153–4175 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.4153

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

[20] I. Devetak. "Den privata klassiska kapaciteten och kvantkapaciteten hos en kvantkanal". IEEE Transactions on Information Theory 51, 44–55 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2004.839515

[21] Roberto Rubboli och Marco Tomamichel. "Fundamentala gränser för korrelerade katalytiska tillståndstransformationer". Phys. Rev. Lett. 129, 120506 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.120506

[22] Wim van Dam och Patrick Hayden. "Universella förvecklingstransformationer utan kommunikation". Phys. Rev. A 67, 060302 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.67.060302

[23] Karol Życzkowski, Paweł Horodecki, Anna Sanpera och Maciej Lewenstein. "Volym av uppsättningen av separerbara tillstånd". Phys. Rev. A 58, 883–892 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.58.883

[24] G. Vidal och RF Werner. "Beräknbart mått på intrassling". Phys. Rev. A 65, 032314 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.032314

[25] Charles H. Bennett, Herbert J. Bernstein, Sandu Popescu och Benjamin Schumacher. "Koncentrera partiell intrassling av lokala verksamheter". Phys. Rev. A 53, 2046–2052 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.53.2046

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

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

[28] Patryk Lipka-Bartosik och Paul Skrzypczyk. "Alla stater är universella katalysatorer i kvanttermodynamik". Phys. Rev. X 11, 011061 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.011061

[29] Tulja Varun Kondra, Chandan Datta och Alexander Streltsov. "Stokastisk ungefärlig tillståndsomvandling för intrassling och allmänna kvantresursteorier" (2021). arXiv:2111.12646.
arXiv: 2111.12646

[30] Valentina Baccetti och Matt Visser. "Oändlig 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 och Nilanjana Datta. "Asymptotisk intrasslingsmanipulation av tvådelade rena tillstånd". IEEE Transactions on Information Theory 54, 3677–3686 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2008.926377

[32] Francesco Buscemi och Nilanjana Datta. "Destillera intrassling från godtyckliga resurser". Journal of Mathematical Physics 51, 102201 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.3483717

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

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

[35] CE Shannon och W. Weaver. "Den matematiska teorin om kommunikation". University of Illinois Press. (1998). URL: http://​/​www.worldcat.org/​oclc/​967725093.
http: / / www.worldcat.org/ oclc / 967725093

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

[37] Benjamin Schumacher och M. A. Nielsen. "Kvantdatabehandling och felkorrigering". Phys. Rev. A 54, 2629-2635 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.2629

[38] Michał Horodecki, Paweł Horodecki och Ryszard Horodecki. "Enhetligt förhållningssätt till kvantkapacitet: Mot kvantbrusande kodningssats". Phys. Rev. Lett. 85, 433–436 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.433

[39] PW Shor. "Kvantkanalkapaciteten och sammanhängande information". I MSRI Workshop on Quantum Computation. (2002).

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

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

[42] AS Holevo och RF Werner. "Utvärdering av kapaciteten hos bosoniska gaussiska kanaler". Phys. Rev. A 63, 032312 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.63.032312

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

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

[45] Francesco Buscemi och Nilanjana Datta. "Kvantumkapaciteten hos kanaler med godtyckligt korrelerat brus". IEEE Transactions on Information Theory 56, 1447–1460 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2009.2039166

[46] Felix Leditzky, Debbie Leung och Graeme Smith. "Kvantum och privat kapacitet för kanaler med låg brus". 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 och Chiara Macchiavello. "Experimentell detektering av kvantkanalkapacitet". Phys. Rev. Lett. 119, 100502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.100502

[48] Chiara Macchiavello och Massimiliano F. Sacchi. "Detektera nedre gränser för kvantkanalkapacitet". Phys. Rev. Lett. 116, 140501 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.140501

[49] Noah Davis, Maksim E. Shirokov och Mark M. Wilde. "Energibegränsad tvåvägsassisterad privat och kvantkapacitet hos kvantkanaler". Phys. Rev. A 97, 062310 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.062310

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

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

[52] Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra och Alexander Streltsov. "Katalytisk och asymptotisk ekvivalens för kvantintrassling" (2023). arXiv:2305.03488.
arXiv: 2305.03488

[53] Igor Devetak och Andreas Winter. "Destillation av hemlig nyckel och intrassling från kvanttillstånd". Proc. R. Soc. Lond. A 461, 207–235 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2004.1372

[54] Matthias Christandl och Andreas Winter. ""Squashed entanglement": En additiv intrasslingsåtgärd". J. Math. Phys. 45, 829–840 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1643788

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

[56] Michael Horodecki, Peter W. Shor och 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 och Maciej Lewenstein. "Framsteg mot ett enhetligt tillvägagångssätt för distribution av intrassling". Phys. Rev. A 92, 012335 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.012335

[58] Charles H. Bennett, David P. DiVincenzo, John A. Smolin och William K. Wootters. "Blandad-state intrassling och kvantfelskorrigering". Phys. Rev. A 54, 3824–3851 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.3824

[59] William K. Wootters. "Inträngning av bildandet av ett godtyckligt tillstånd av två Qubits". Phys. Rev. Lett. 80, 2245-2248 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.80.2245

[60] Arijit Dutta, Junghee Ryu, Wiesław Laskowski och Marek Żukowski. "Entanglement-kriterier för brusresistans för två-qudit-tillstånd". Physics Letters A 380, 2191–2199 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2016.04.043

[61] Remigiusz Augusiak, Maciej Demianowicz och Paweł Horodecki. "Universell observerbar detektering av alla två-qubit-entanglement och determinantbaserade separerbarhetstester". Phys. Rev. A 77, 030301 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.77.030301

[62] Michał Horodecki, Paweł Horodecki och Ryszard Horodecki. "Oseparable Two Spin- $frac{1}{2}$-densitetsmatriser kan destilleras till 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 och Nicole Yunger Halpern. "Resursteorin om informationsmässig icke-jämvikt i termodynamik". Fysikrapporter 583, 1–58 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2015.04.003

[64] Fernando Brandão, Michał Horodecki, Nelly Ng, Jonathan Oppenheim och Stephanie Wehner. "Kvantermodynamikens andra lagar". Proc. Natl. Acad. Sci. USA 112, 3275–3279 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1411728112

[65] Henrik Wilming, Rodrigo Gallego och Jens Eisert. "Axiomatisk karaktärisering av den kvantrelativa entropin och fri energi". Entropy 19, 241 (2017).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e19060241

[66] Paul Boes, Jens Eisert, Rodrigo Gallego, Markus P. Müller och 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 och reversibel katalys". Phys. Rev. Lett. 127, 260402 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.260402

[68] Naoto Shiraishi och Takahiro Sagawa. "Kvantermodynamik för korrelerad-katalytisk tillståndsomvandling i liten skala". Phys. Rev. Lett. 126, 150502 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.150502

[69] Ivan Henao och Raam Uzdin. "Katalytiska transformationer med ändliga miljöer: tillämpningar för kylning och termometri". Quantum 5, 547 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-09-21-547

[70] I. Henao och R. Uzdin. "Katalytisk hävstång av korrelationer och begränsning av spridning vid informationsradering". Phys. Rev. Lett. 130, 020403 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.020403

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

[72] Alexander Streltsov, Gerardo Adesso och Martin B. Plenio. "Colloquium: Quantum coherence as a resurs". 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 och Stephen M Barnett. "Är koherens katalytisk?". J. Phys. A 51, 414008 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1751-8121 / aac112

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

[76] Ryuji Takagi och Naoto Shiraishi. "Korrelation i katalysatorer möjliggör godtycklig manipulation av kvantkoherens". Phys. Rev. Lett. 128, 240501 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.240501

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

[78] Chandan Datta, Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra och Alexander Streltsov. "Finns det en ändlig komplett uppsättning monotoner i någon kvantresursteori?". Phys. Rev. Lett. 130, 240204 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.240204

Citerad av

[1] Chandan Datta, Tulja Varun Kondra, Marek Miller och Alexander Streltsov, "Catalysis of entanglement and other quantum resources", Rapporter om framsteg inom fysik 86 11, 116002 (2023).

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

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

[4] Seok Hyung Lie och Hyunseok Jeong, "Avlokaliserad och dynamisk katalytisk slumpmässighet och informationsflöde", Fysisk granskning A 107 4, 042430 (2023).

[5] Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra och Alexander Streltsov, "Katalytisk och asymptotisk ekvivalens för kvantintrassling", arXiv: 2305.03488, (2023).

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

[7] Chandan Datta, Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra och Alexander Streltsov, "Finns det en ändlig komplett uppsättning monotoner i någon kvantresursteori?", Fysiska granskningsbrev 130 24, 240204 (2023).

Ovanstående citat är från SAO / NASA ADS (senast uppdaterad framgångsrikt 2024-03-21 03:41:02). 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 2024-03-21 03:41:00).

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.

Tidsstämpel:

Mer från Quantum Journal