1Khoa Vật lý, Đại học Duke, Durham, Bắc Carolina, Hoa Kỳ 27708
2Trung tâm Thông tin và Truyền thông Lượng tử, Ecole polytechnique de Bruxelles, CP 165, Université libre de Bruxelles, 1050 Brussels, Bỉ
Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.
Tóm tắt
Chúng tôi xem xét vấn đề giao tiếp cổ điển một lần hỗ trợ vướng víu. Trong chế độ không lỗi, sự vướng víu có thể tăng khả năng không lỗi một lần của một họ các kênh cổ điển theo chiến lược của Cubitt et al., Phys. Mục sư Lett. 104, 230503 (2010). Chiến lược này sử dụng định lý Kochen-Specker chỉ áp dụng cho các phép đo xạ ảnh. Như vậy, trong chế độ trạng thái nhiễu và/hoặc phép đo, chiến lược này không thể tăng công suất. Để phù hợp với các tình huống ồn ào nói chung, chúng tôi kiểm tra xác suất thành công trong một lần gửi một số lượng tin nhắn cổ điển cố định. Chúng tôi chỉ ra rằng bối cảnh chuẩn bị tạo ra lợi thế lượng tử trong nhiệm vụ này, tăng xác suất thành công một lần vượt quá mức tối đa cổ điển của nó. Điều trị của chúng tôi mở rộng ra ngoài Cubitt et al. và bao gồm, ví dụ, giao thức được triển khai thử nghiệm của Prevedel et al., Phys. Mục sư Lett. 106, 110505 (2011). Sau đó, chúng tôi hiển thị ánh xạ giữa nhiệm vụ giao tiếp này và trò chơi không cục bộ tương ứng. Ánh xạ này tổng quát hóa mối liên hệ với các trò chơi giả thần giao cách cảm đã được lưu ý trước đây trong trường hợp không có lỗi. Cuối cùng, sau khi thúc đẩy một ràng buộc mà chúng tôi gọi là $textit{đoán độc lập với ngữ cảnh}$, chúng tôi chỉ ra rằng tính ngữ cảnh được chứng kiến bởi các bất đẳng thức phi ngữ cảnh mạnh mẽ thu được trong R. Kunjwal, Quantum 4, 219 (2020), là đủ để nâng cao một- xác suất bắn thành công. Điều này mang lại ý nghĩa hoạt động cho các bất đẳng thức này và bất biến siêu đồ thị liên quan, khả năng dự đoán tối đa có trọng số, được giới thiệu trong R. Kunjwal, Quantum 3, 184 (2019). Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng nhiệm vụ giao tiếp cổ điển một lần hỗ trợ vướng víu cung cấp một mảnh đất màu mỡ để nghiên cứu sự tương tác của định lý Kochen-Specker, ngữ cảnh Spekkens và tính phi định xứ của Bell.
Hình ảnh nổi bật: Minh họa về giao thức truyền thông cổ điển một lần hỗ trợ vướng víu.
[Nhúng nội dung]
Tóm tắt phổ biến
Cụ thể, chúng tôi nghiên cứu vấn đề giao tiếp sau: Alice (người gửi) được kết nối với Bob (người nhận) thông qua một kênh cổ điển ồn ào. Chúng được phép truy cập vào sự vướng víu được chia sẻ và có thể thực hiện các phép đo lượng tử cục bộ. Được biết, đối với một họ kênh cổ điển nhất định lấy cảm hứng từ định lý Kochen-Specker, số lượng tin nhắn có thể được gửi mà không có lỗi qua kênh cổ điển (nghĩa là khả năng không có lỗi trong một lần chụp) có thể tăng lên khi truy cập đến vướng víu chia sẻ. Kết quả không lỗi này do Cubitt et al. [Vật lý. Mục sư Lett. 104, 230503 (2010)] cũng liên quan mật thiết đến các trò chơi phi cục bộ được gọi là trò chơi thần giao cách cảm thừa nhận các chiến lược chiến thắng lượng tử hoàn hảo.
Chúng tôi nghiên cứu vấn đề giao tiếp này trong chế độ ồn ào nơi định lý Kochen-Specker không thể áp dụng được. Khi làm như vậy, chúng tôi cho thấy mối liên hệ mật thiết của vấn đề này với ngữ cảnh mạnh mẽ về tiếng ồn trong công thức được đề xuất bởi Spekkens [Phys. Rev. A 71, 052108 (2005)] và với một nhóm trò chơi phi cục bộ lấy cảm hứng từ vấn đề giao tiếp. Theo giả định rằng các bên không tin tưởng vào các xác suất liên quan đến kênh cổ điển mà chỉ tin tưởng vào cấu trúc có thể xảy ra của nó (được mã hóa trong siêu đồ thị kênh), chúng tôi cũng chỉ ra rằng ngữ cảnh nhiễu mạnh được chứng kiến bởi một bất biến siêu đồ thị là đủ để tạo ra lợi thế lượng tử trong nhiệm vụ này. Điều này mang lại ý nghĩa hoạt động cho các nhân chứng về ngữ cảnh thu được trong R. Kunjwal, Quantum 4, 219 (2020).
► Dữ liệu BibTeX
► Tài liệu tham khảo
[1] JS Bell, Về nghịch lý Einstein-Podolsky-Rosen, Vật lý 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / Vật lýPhương phápFizika.1.195
[2] JF Clauser, MA Horne, A. Shimony và RA Holt, Thử nghiệm đề xuất để kiểm tra các lý thuyết biến đổi ẩn địa phương, Phys. Mục sư Lett. 23, 880 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880
[3] S. Kochen và EP Specker, Vấn đề về các biến ẩn trong cơ học lượng tử, trong Cách tiếp cận logic-đại số đối với cơ học lượng tử (Springer, 1975) trang 293–328.
https://doi.org/10.1007/978-94-010-1795-4_17
[4] R. Renner và S. Wolf, Giả thuyết ngoại cảm lượng tử và định lý Kochen-Specker, trong Hội nghị chuyên đề quốc tế về lý thuyết thông tin, 2004. ISIT 2004. Kỷ yếu. (IEEE, 2004) trang 322–322.
https: / / doi.org/ 10.1109 / ISIT.2004.1365359
[5] G. Brassard, A. Broadbent, và 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 và A. Winter, Cải thiện giao tiếp cổ điển không lỗi với sự vướng víu, Phys. Mục sư Lett. 104, 230503 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.230503
[7] M. Howard, J. Wallman, V. Veitch và J. Emerson, Bối cảnh cung cấp 'phép thuật' cho tính toán lượng tử, Nature 510, 351 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên13460
[8] J. Barrett và A. Kent, Phi ngữ cảnh, phép đo độ chính xác hữu hạn và định lý Kochen-Specker, Các nghiên cứu về Lịch sử và Triết học của Khoa học Phần B: Các nghiên cứu về Lịch sử và Triết học của Vật lý Hiện đại 35, 151 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.shpsb.2003.10.003
[9] A. Winter, Kiểm tra thực nghiệm về ngữ cảnh lượng tử chứng minh hay bác bỏ điều gì?, Tạp chí Vật lý A: Toán học và Lý thuyết 47, 424031 (2014).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/47/42/424031
[10] R. Kunjwal, Ngoài khuôn khổ Cabello-Severini-Winter: Tạo cảm giác về bối cảnh mà không cần đo lường sắc bén, Lượng tử 3, 184 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-09-184
[11] A. Cabello, Chúng ta học được gì về thuyết lượng tử từ ngữ cảnh lượng tử của Kochen-Specker?, PIRSA 17070034 (2017).
https: / / doi.org/ 10.48660 / 17070034
[12] G. Chiribella và X. Yuan, Độ sắc nét của phép đo cắt giảm tính phi định xứ và tính ngữ cảnh trong mọi lý thuyết vật lý, bản in trước arXiv arXiv:1404.3348 (2014).
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.1404.3348
arXiv: 1404.3348
[13] RW Spekkens, Bối cảnh cho sự chuẩn bị, biến đổi và phép đo không sắc nét, Phys. Linh mục A 71, 052108 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.052108
[14] MD Mazurek, MF Pusey, R. Kunjwal, KJ Resch, và RW Spekkens, Một thử nghiệm thực nghiệm về tính phi văn bản mà không có lý tưởng hóa phi vật lý, Nature Communications 7, 1 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms11780
[15] MF Pusey, L. Del Rio và B. Meyer, Bối cảnh mà không cần truy cập vào một bộ chụp cắt lớp hoàn chỉnh, bản in trước arXiv arXiv:1904.08699 (2019).
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.1904.08699
arXiv: 1904.08699
[16] MD Mazurek, MF Pusey, KJ Resch và RW Spekkens, Các sai lệch có giới hạn thực nghiệm so với lý thuyết lượng tử trong bối cảnh các lý thuyết xác suất tổng quát, PRX Quantum 2, 020302 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020302
[17] R. Kunjwal và RW Spekkens, From the Kochen-Specker Theorem to Noncontextuality Inequalities without Assending Determinism, Phys. Mục sư Lett. 115, 110403 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.110403
[18] R. Kunjwal và RW Spekkens, Từ các chứng minh thống kê của định lý Kochen-Specker đến các bất đẳng thức phi ngữ cảnh gây nhiễu, Phys. Linh mục A 97, 052110 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.052110
[19] RW Spekkens, DH Buzacott, AJ Keehn, B. Toner, và GJ Pryde, Ngữ cảnh chuẩn bị tạo ra sức mạnh ghép kênh chẵn lẻ, Phys. Mục sư Lett. 102, 010401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.010401
[20] A. Chailloux, I. Kerenidis, S. Kundu và J. Sikora, Giới hạn tối ưu cho mã truy cập ngẫu nhiên không biết chẵn lẻ, Tạp chí Vật lý mới 18, 045003 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/4/045003
[21] D. Schmid và RW Spekkens, Contextual Advantage for State Discrimination, Phys. Lm X 8, 011015 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.011015
[22] D. Saha và A. Chaturvedi, Bối cảnh chuẩn bị như một tính năng thiết yếu làm cơ sở cho lợi thế truyền thông lượng tử, Phys. Rev. A 100, 022108 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022108
[23] D. Saha, P. Horodecki và M. Pawłowski, Bối cảnh độc lập của trạng thái thúc đẩy giao tiếp một chiều, Tạp chí Vật lý mới 21, 093057 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab4149
[24] R. Kunjwal, M. Lostaglio, và MF Pusey, Các giá trị yếu bất thường và bối cảnh: Độ chắc chắn, chặt chẽ và các phần tưởng tượng, Phys. Rev. A 100, 042116 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.042116
[25] M. Lostaglio và G. Senno, Lợi thế theo ngữ cảnh để nhân bản phụ thuộc vào trạng thái, Quantum 4, 258 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-04-27-258
[26] R. Kunjwal, Bối cảnh ngoài định lý Kochen-Specker, bản in trước arXiv arXiv:1612.07250 (2016).
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.1612.07250
arXiv: 1612.07250
[27] R. Kunjwal, Khung siêu đồ thị cho các bất đẳng thức phi ngữ cảnh không thể quy giản từ các chứng minh logic của định lý Kochen-Specker, Lượng tử 4, 219 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-01-10-219
[28] R. Prevedel, Y. Lu, W. Matthews, R. Kaltenbaek, và KJ Resch, Giao tiếp cổ điển tăng cường vướng víu qua một kênh cổ điển ồn ào, Phys. Mục sư Lett. 106, 110505 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.110505
[29] B. Hemenway, CA Miller, Y. Shi và M. Wootters, Giao tiếp cổ điển một lần được hỗ trợ vướng víu tối ưu, Phys. Linh mục A 87, 062301 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.062301
[30] J. Barrett, Xử lý thông tin trong các lý thuyết xác suất tổng quát, Phys. Rev. A 75, 032304 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032304
[31] A. Acín, T. Fritz, A. Leverrier và AB Sainz, Một cách tiếp cận kết hợp đối với tính phi định xứ và tính ngữ cảnh, Truyền thông trong Vật lý toán học 334, 533 (2015).
https://doi.org/10.1007/s00220-014-2260-1
[32] RW Spekkens, Bản sắc bản thể học của những điều không thể phân biệt theo kinh nghiệm: Nguyên tắc phương pháp luận của Leibniz và ý nghĩa của nó trong công trình của Einstein, bản in lại arXiv arXiv:1909.04628 (2019).
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.1909.04628
arXiv: 1909.04628
[33] E. Wolfe, D. Schmid, AB Sainz, R. Kunjwal và 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, Chuẩn bị vững chắc về bất bình đẳng phi ngữ cảnh trong kịch bản đơn giản nhất, Phys. Linh mục A 98, 022112 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.022112
[35] A. Tavakoli và R. Uola, Sự không tương thích về đo lường và chỉ đạo là cần thiết và đủ cho bối cảnh hoạt động, Phys. Nghiên cứu Rev. 2, 013011 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013011
[36] MS Leifer và OJE Maroney, Những diễn giải mang tính nhận thức tối đa về trạng thái lượng tử và bối cảnh, Phys. Mục sư Lett. 110, 120401 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.120401
[37] L. P. Hughston, R. Jozsa, và W. K. Wootters, Một sự phân loại đầy đủ các tập hợp lượng tử có ma trận mật độ cho trước, 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 và A. Roy, Các mô hình bản thể học, bối cảnh chuẩn bị và tính không định xứ, Cơ sở của Vật lý 44, 1230 (2014).
https://doi.org/10.1007/s10701-014-9839-4
[39] P. Heywood và ML Tóc đỏ, Nonlocality và nghịch lý Kochen-Specker, Foundations of Physics 13, 481 (1983).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF00729511
[40] N. Brunner, D. Cavalcanti, S. Pironio, V. Scarani và S. Wehner, Bell nonlocality, Rev. Mod. Thể chất. 86, 419 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
[41] S. Popescu và D. Rohrlich, Bất định vị lượng tử như một tiên đề, Cơ sở Vật lý 24, 379 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02058098
[42] A. Peres, Hai cách chứng minh đơn giản của định lý Kochen-Specker, Tạp chí Vật lý A: Toán học và Đại cương 24, L175 (1991).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/24/4/003
[43] A. Peres, Kết quả không tương thích của các phép đo lượng tử, Vật lý Thư A 151, 107 (1990).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(90)90172-K
[44] ND Mermin, Biến ẩn và hai định lý của John Bell, Rev. Mod. vật lý. 65, 803 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.65.803
[45] A. Peres, Thuyết lượng tử: khái niệm và phương pháp, Tập. 57 (Springer Science & Business Media, 2006).
https://doi.org/10.1007/0-306-47120-5
[46] AA Klyachko, MA Can, S. Binicioğlu, và AS Shumovsky, Thử nghiệm đơn giản cho các biến ẩn trong hệ thống spin-1, Phys. Mục sư Lett. 101, 020403 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.101.020403
[47] S. Uijlen và B. Westerbaan, Một hệ thống Kochen-Specker có ít nhất 22 vectơ, Máy tính thế hệ mới 34, 3 (2016).
https://doi.org/10.1007/s00354-016-0202-5
[48] F. Arends, Một giới hạn dưới về kích thước của hệ vectơ Kochen-Specker nhỏ nhất, Luận văn thạc sĩ, Đại học Oxford (2009).
http:///www.cs.ox.ac.uk/people/joel.ouaknine/download/arends09.pdf
[49] R. Kunjwal, C. Heunen và T. Fritz, Hiện thực hóa lượng tử các cấu trúc có thể đo lường khớp tùy ý, Phys. Linh mục A 89, 052126 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.052126
[50] N. Andrejic và R. Kunjwal, Các cấu trúc có thể đo lường chung có thể thực hiện được bằng các phép đo qubit: Tính không tương thích thông qua phẫu thuật cận biên, Phys. Rev. Nghiên cứu 2, 043147 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043147
[51] R. Kunjwal và S. Ghosh, Bằng chứng đo lường phụ thuộc vào trạng thái tối thiểu cho một qubit, Phys. Linh mục 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 và P. Xue, Bối cảnh tổng quát hóa thử nghiệm với qubit đơn photon, Optica 4, 966 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.4.000966
[53] I. Marvian, Thông tin không thể tiếp cận trong các mô hình xác suất của hệ thống lượng tử, bất bình đẳng phi ngữ cảnh và ngưỡng nhiễu đối với ngữ cảnh, bản in trước arXiv arXiv:2003.05984 (2020).
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.2003.05984
arXiv: 2003.05984
[54] TS Cubitt, D. Leung, W. Matthews, và A. Winter, Mô phỏng và dung lượng kênh không lỗi được hỗ trợ bởi các mối tương quan không cục bộ, Giao dịch của IEEE về Lý thuyết thông tin 57, 5509 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2011.2159047
[55] CE Shannon, Ghi chú về đặt hàng một phần cho các kênh truyền thông, Thông tin và kiểm soát 1, 390 (1958).
https://doi.org/10.1016/S0019-9958(58)90239-0
[56] D. Schmid, TC Fraser, R. Kunjwal, AB Sainz, E. Wolfe, và RW Spekkens, Hiểu về tác động lẫn nhau của sự vướng víu và tính phi định xứ: thúc đẩy và phát triển một nhánh mới của lý thuyết vướng víu, bản in trước arXiv arXiv:2004.09194 (2020).
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.2004.09194
arXiv: 2004.09194
[57] L. Hardy, Tính phi định xứ cho hai hạt không có bất đẳng thức đối với hầu hết mọi trạng thái vướng víu, Phys. Mục sư Lett. 71, 1665 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.71.1665
[58] A. Cabello, J. Estebaranz, và G. García-Alcaine, Định lý Bell-Kochen-Specker: Một chứng minh với 18 véc tơ, Physics Letters A 212, 183 (1996).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(96)00134-X
Trích dẫn
[1] Victor Gitton và Mischa P. Woods, “Về lỗ hổng hệ thống của tính phi ngữ cảnh tổng quát”, arXiv: 2209.04469.
[2] Lorenzo Catani, Matthew Leifer, David Schmid, và Robert W. Spekkens, “Tại sao các hiện tượng giao thoa không nắm bắt được bản chất của thuyết lượng tử”, arXiv: 2111.13727.
[3] John H. Selby, Elie Wolfe, David Schmid và Ana Belén Sainz, “Một chương trình tuyến tính mã nguồn mở để thử nghiệm tính phi cổ điển”, arXiv: 2204.11905.
[4] David Schmid, Haoxing Du, John H. Selby và Matthew F. Pusey, “Tính độc đáo của các mô hình phi ngữ cảnh cho các lý thuyết phụ ổn định”, Thư đánh giá vật lý 129 12, 120403 (2022).
[5] John H. Selby, David Schmid, Elie Wolfe, Ana Belén Sainz, Ravi Kunjwal và Robert W. Spekkens, “Bối cảnh không tương thích”, arXiv: 2106.09045.
[6] Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Roope Uola, và Alastair A. Abbott, “Giới hạn và mô phỏng các tương quan ngữ cảnh trong lý thuyết lượng tử”, PRX lượng tử 2 2, 020334 (2021).
[7] John H. Selby, David Schmid, Elie Wolfe, Ana Belén Sainz, Ravi Kunjwal và Robert W. Spekkens, “Những mảnh ghép có thể tiếp cận được của các lý thuyết xác suất tổng quát, sự tương đương hình nón và các ứng dụng để chứng kiến tính phi cổ điển”, arXiv: 2112.04521.
[8] Lorenzo Catani và Matthew Leifer, “Khuôn khổ toán học để tinh chỉnh hoạt động”, arXiv: 2003.10050.
[9] Victoria J Wright và Ravi Kunjwal, “Bối cảnh trong các hệ tổng hợp: vai trò của sự vướng víu trong định lý Kochen-Specker”, arXiv: 2109.13594.
[10] Anubhav Chaturvedi, Máté Farkas và Victoria J Wright, “Đặc trưng và giới hạn tập hợp các hành vi lượng tử trong các tình huống ngữ cảnh”, arXiv: 2010.05853.
[11] Lorenzo Catani, Ricardo Faleiro, Pierre-Emmanuel Emeriau, Shane Mansfield và Anna Pappa, “Kết nối trò chơi XOR và XOR*”, arXiv: 2210.00397.
Các trích dẫn trên là từ SAO / NASA ADS (cập nhật lần cuối thành công 2022 / 10-14 04:01:02). Danh sách có thể không đầy đủ vì không phải tất cả các nhà xuất bản đều cung cấp dữ liệu trích dẫn phù hợp và đầy đủ.
On Dịch vụ trích dẫn của Crossref không có dữ liệu về các công việc trích dẫn được tìm thấy (lần thử cuối cùng 2022 / 10-14 04:01:00).
Bài viết này được xuất bản trong Lượng tử dưới Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0) giấy phép. Bản quyền vẫn thuộc về chủ sở hữu bản quyền gốc như các tác giả hoặc tổ chức của họ.
