제퍼넷 로고

다원 프로세스 매트릭스

시간


티모시 호프 르몽gn 얀 오레 스코프

양자 정보 통신 센터 (QuIC), École polytechnique de Bruxelles, CP 165, Université libre de Bruxelles, 1050 Brussels, Belgium.

이 논문이 흥미 롭거나 토론하고 싶습니까? SciRate에 댓글을 달거나 댓글 남기기.

추상

우리는 로컬에서 잘 정의 된 인과 적 순서를 가정하여 각 당사자에 대해 여러 차례의 정보 교환을 허용하는 인과 적 순서가없는 양자 작업 간의 상관 관계를위한 프로세스 매트릭스 (PM) 프레임 워크의 확장을 개발합니다. 우리는 다중 라운드 프로세스 매트릭스 (MPM)라고하는 이러한 상관 관계를 설명하는 고차 프로세스를 특성화하고 표준 PM에 대해 확장하는 인과 적 비 분리 성 개념을 공식화합니다. 우리는 다중 라운드의 경우 표준 PM 형식주의의 순진한 적용에 의해 포착되지 않는 인과 적 비 분리 성의 새로운 발현이 있음을 보여줍니다. 첫 번째 경우 인과 적으로 분리 될 수 있으며 두 번째 경우에는 사이드 채널 사용 가능성으로 인해 인과 적 불평등을 위반할 수 있습니다.

양자 통신 프로토콜은 작업을 수행하는 양자 시스템을 송수신하는 여러 당사자를 포함합니다. 이러한 프로토콜은 일반적으로 당사자의 운영에 대해 잘 정의 된 인과 적 순서를 가정합니다. 프로세스 매트릭스 (PM) 프레임 워크는 별도의 작업이 항상 명확한 순서로 발생해야한다는 가정을 완화합니다. 이 프레임 워크에서는 개별 당사자간에 설정된 상관 관계가 서로 다른 작업 순서의 확률 적 혼합으로 인해 발생하는 것으로 이해 될 수없는 상황이있을 수 있습니다. 예를 들어, 당사자가 각각 하나의 작업을 적용하는 두 당사자 간의 통신에서 Alice가 Bob 이전 또는 이후에 행동하는 것보다 더 이국적인 시나리오가있을 수 있습니다. 당사자의 작업이 명확한 인과 적 순서를 갖지 않는 시나리오를 인과 적으로 분리 할 수없는 프로세스라고합니다. 이러한 종류의 프로세스는 양자 역학과 중력의 교차점에서 관련이 있다고 추측되었지만 일부는 시간에 따라 지역화되지 않은 작업 측면에서 알려진 물리학으로 실험적 실현을 인정하는 것으로 알려져 있습니다.

원래 공식에서 PM 프레임 워크는 각 당사자가 양자 시스템을 수신하고 이에 작업을 적용하고 양자 시스템을 보내는 단일 라운드의 정보 교환으로 제한된다고 가정합니다. 그러나 실용적인 통신 프로토콜은 일반적으로 당사자 간의 여러 라운드의 정보 교환을 포함하며, 당사자는 로컬 메모리를 사용하고 과거에 얻은 정보에 대해 주어진 시간에 적용되는 작업을 조정할 수 있습니다.

이 기사에서는 각 당사자가 다른 당사자와 정보 교환을 한 번만 수행한다는 가정을 완화하여 PM 프레임 워크를 확장합니다. MPM (Multi-Round Process Matrix) 프레임 워크에서 당사자는 각 실험실에서 이벤트의 잘 정의 된 인과 적 순서를 가정하여 로컬 메모리에 정보를 저장하면서 여러 번 수신 및 전송할 수 있습니다. 우리는 수퍼 오퍼레이터 프로젝터로 표현 된 편리한 수학적 조건을 통해 MPM 세트를 특성화하고, 모든 MPM이 당사자의 작업 사이에 고정 된 인과 적 순서를 설명하는 MPM의 아핀 (반드시 볼록한 것은 아님) 조합임을 보여줍니다. 우리는 또한 PM을위한 것을 기반으로 MPM 구축에 대한 인과 적 비 분리 성 개념을 공식화합니다. 모든 MPM이 공식적으로 더 많은 당사자의 PM과 동일한 것으로 판명되었지만, 표준 PM 형식주의의 순진한 적용으로 포착되지 않는 인과 적 비 분리 성의 다중 라운드 발현이 있음을 발견했습니다. 특히 PM으로 간주하면 인과 적으로 분리 할 수 ​​있지만 MPM으로 간주하면 인과 적으로 분리 할 수없는 연산자의 예를 제공합니다. 이는 MPM 프레임 워크의 기반이되는 연속 작업 사이에 로컬 메모리를 사용하는 당사자의 능력이 사소하지 않은 효과를 활성화 할 수있는 방법을 보여줍니다.

► BibTeX 데이터

► 참고 문헌

[1] Alastair A. Abbott, Christina Giarmatzi, Fabio Costa 및 Cyril Branciard. 다자간 인과 상관 관계 : 폴리 토프와 부등식. Phys. A, 94 : 032131, 2016. 10.1103 / physreva. 94.032131.
https : / /doi.org/10.1103/ physreva.94.032131

[2] Alastair A. Abbott, Julian Wechs, Fabio Costa 및 Cyril Branciard. 진정으로 다자간 비 인과성. 퀀텀, 1:39, 2017. 10.22331 / q-2017-12-14-39.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-12-14-39

[3] John-Mark A. Allen, Jonathan Barrett, Dominic C. Horsman, Ciarán M. Lee 및 Robert W. Spekkens. 양자 공통 원인 및 양자 인과 모델. Phys. X 개정, 7 : 031021, 2017. 10.1103 / PhysRevX.7.031021.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevX.7.031021

[4] Mateus Araújo, Philippe Allard Guérin 및 Ämin Baumeler. 무한한 인과 구조를 가진 양자 계산. Phys. A, 96 : 052315, 2017. 10.1103 / physreva.96.052315.
https : / /doi.org/10.1103/ physreva.96.052315

[5] Mateus Araújo, Fabio Costa 및 Časlav Brukner. 양자 제어 게이트 순서의 계산적 이점. Phys. Rev. Lett., 113 : 250402, 2014. 10.1103 / PhysRevLett.113.250402.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.113.250402

[6] Mateus Araújo, Cyril Branciard, Fabio Costa, Adrien Feix, Christina Giarmatzi 및 Časlav Brukner. 인과 적 분리 불가능을 목격합니다. New Journal of Physics, 17 (10) : 1–28, 2015. 10.1088 / 1367-2630 / 17 / 10 / 102001.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​10/​102001

[7] Jonathan Barrett, Robin Lorenz 및 Ognyan Oreshkov. 양자 인과 모델. arXiv : quant-ph / 1906.10726, 2019.
arXiv : 1906.10726

[8] Jonathan Barrett, Robin Lorenz 및 Ognyan Oreshkov. 순환 양자 인과 모델. arXiv : quant-ph / 2002.12157, 2020.
arXiv : 2002.12157

[9] Ämin Baumeler와 Stefan Wolf. 인과 적 순서가없는 논리적으로 일관된 고전적 과정의 공간. New Journal of Physics, 18 (1) : 013036, 2016. 10.1088 / 1367-2630 / 18 / 1 / 013036.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​1/​013036

[10] Ämin Baumeler, Fabio Costa, Timothy C. Ralph, Stefan Wolf, Magdalena Zych. 선택의 자유와 함께 뒤집을 수있는 시간 여행. 고전 및 양자 중력, 36 (22) : 224002, 2019. 10.1088 / 1361-6382 / ab4973.
https : / /doi.org/ 10.1088 / 1361-6382 / ab4973

[11] Alessandro Bisio와 Paolo Perinotti. 고차 양자 이론에 대한 이론적 틀. Royal Society A : Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 475 (2225) : 20180706, 2019. 10.1098 / rspa.2018.0706.
https : / /doi.org/ 10.1098 / rspa.2018.0706

[12] Časlav Brukner. 양자 인과성. Nature Physics, 10 (4) : 259–263, 2014. 10.1038 / nphys2930.
https : / /doi.org/ 10.1038 / nphys2930

[13] Esteban Castro-Ruiz, Flaminia Giacomini 및 Časlav Brukner. 양자 인과 구조의 역학. Phys. X 개정, 8 : 011047, 2018. 10.1103 / PhysRevX.8.011047.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevX.8.011047

[14] Giulio Chiribella. 인과 구조의 양자 중첩을 통한 신호 없음 채널의 완벽한 식별. Phys. A, 86 : 040301, 2011. 10.1103 / PhysRevA.86.040301.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevA.86.040301

[15] Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D' Ariano 및 Paolo Perinotti. 양자 네트워크에 대한 이론적 프레임 워크. Phys. A, 80 (2), 2009. 10.1103 / PhysRevA.80.022339.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevA.80.022339

[16] Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D' Ariano 및 Paolo Perinotti. 양자 이론의 정보 유도. Phys. A, 84 (1), 2011. 10.1103 / physreva.84.012311.
https : / /doi.org/10.1103/ physreva.84.012311

[17] Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D' Ariano, Paolo Perinotti 및 Benoit Valiron. 명확한 인과 구조가없는 양자 계산. Phys. A, 88 : 022318, 2013. 10.1103 / PhysRevA.88.022318.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevA.88.022318

[18] 최만두. 복잡한 행렬에 대한 완전한 양의 선형지도. 선형 대수와 그 응용, 10 (3) : 285–290, 1975. 10.1016 / 0024-3795 (75) 90075-0.
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0024-3795(75)90075-0

[19] Timoteo Colnaghi, Giacomo Mauro D' Ariano, Stefano Facchini 및 Paolo Perinotti. 게이트 간의 프로그래밍 가능한 연결을 통한 양자 계산. 물리 편지, 섹션 A : 일반, 원자 및 고체 물리학, 376 (45) : 2940–2943, 2012. 10.1016 / j.physleta.2012.08.028.
https : / /doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2012.08.028

[20] Adrien Feix, Mateus Araújo 및 Časlav Brukner. 의사 소통 자원으로서 당사자 순서의 양자 중첩. Phys. A, 92 : 052326, 2015. 10.1103 / PhysRevA.92.052326.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevA.92.052326

[21] Adrien Feix, Mateus Araújo 및 Časlav Brukner. 인과 적 모델을 인정하는 인과 적으로 분리 불가능한 프로세스. New Journal of Physics, 18 (8) : 083040, 2016. 10.1088 / 1367-2630 / 18 / 8 / 083040.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​8/​083040

[22] Kaumudibikash Goswami, Christina Giarmatzi, Michael Kewming, Fabio Giarmatzi, Cyril Branciard, Jacqueline Romero 및 Andrew G. White. 양자 스위치의 무한 인과 적 순서. Phys. Rev. Lett., 121 : 090503, 2018. 10.1103 / PhysRevLett.121.090503.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.121.090503

[23] Philippe Allard Guérin, Adrien Feix, Mateus Araújo 및 Časlav Brukner. 의사 소통 방향의 양자 중첩으로 인한 지수 통신 복잡성 이점. Phys. Rev. Lett., 117 : 100502, 2016. 10.1103 / PhysRevLett.117.100502.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.117.100502

[24] Philippe Allard Guérin과 Časlav Brukner. 양자 이벤트의 관찰자 의존적 지역성. New Journal of Physics, 20 (10) : 103031, 2018. 10.1088 / 1367-2630 / aae742.
https : / /doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aae742

[25] 루시앙 하디. 양자 중력을 향하여 : 고정되지 않은 인과 구조를 가진 확률 이론의 틀. 물리학 저널 A : 수학 및 이론, 40 (12) : 3081–3099, 2007. 10.1088 / 1751-8113 / 40 / 12 / S12.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​40/​12/​S12

[26] 이스라엘 N. Herstein. 대수학 주제. 오픈 대학 세트 북. Wiley, 1975. ISBN 978-0-471-00258-1. URL https : / / books.google.be/ books? id = LJRxPQAACAAJ.
https : / / books.google.be/ books? id = LJRxPQAACAAJ

[27] Fumio Hiai 및 Dénes Petz. 매트릭스 분석 및 응용 프로그램 소개. Springer Science & Business Media, 2014. ISBN 978-3-319-04149-0. 10.1007 / 978-3-319-04150-6.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-04150-6

[28] Timothée Hoffreumon. 양자 이론에서 무한한 인과 구조를 가진 프로세스 : 다중 라운드 프로세스 매트릭스. 석사 논문, Université Libre de Bruxelles, 2019. http : / / quic.ulb.ac.be/ _media / publications / 2019_mfe_timothee_hoffreumon.pdf.
http : / / quic.ulb.ac.be/ _media / publications / 2019_mfe_timothee_hoffreumon.pdf

[29] Andrzej Jamiołkowski. 연산자의 미량과 양의 반 정밀도를 유지하는 선형 변환. 수학 물리학에 관한 보고서, 3 (4) : 275–278, 1972. 10.1016 / 0034-4877 (72) 90011-0.
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(72)90011-0

[30] Ding Jia. 상관 양자 이론 및 상관 제약. arXiv : quant-ph / 2001.03142, 2020.
arXiv : 2001.03142

[31] Aleks Kissinger 및 Sander Uijlen입니다. 인과 구조에 대한 범주 적 의미론. 2017 년 32 회 ACM / IEEE 컴퓨터 과학 논리 심포지엄 (LICS), 1-12 페이지, 2017. 10.1109 / LICS.2017.8005095.
https : / /doi.org/10.1109/ LICS.2017.8005095

[32] Hlér Kristjánsson, Giulio Chiribella, Sina Salek, Daniel Ebler 및 Matthew Wilson. 의사 소통의 자원 이론. New Journal of Physics, 22 (7) : 073014, 2020. 10.1088 / 1367-2630 / ab8ef7.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab8ef7

[33] Jean-Philippe W. Maclean, Katja Ried, Robert W. Spekkens 및 Kevin J. Resch. 인과 관계의 양자 일관된 혼합물. Nature Communications, 8 : 1–10, 2017. 10.1038 / ncomms15149.
https : / /doi.org/ 10.1038 / ncomms15149

[34] Michael A. Nielsen 및 Isaac L. Chuang. 양자 계산 및 양자 정보. Cambridge University Press, 2009. 10.1017 / cbo9780511976667.
https : / /doi.org/ 10.1017 / cbo9780511976667

[35] Ognyan Oreshkov. 시간 비 국소화 된 양자 하위 시스템 및 작업 : 양자 역학에서 인과 구조가 불확실한 프로세스의 존재. 퀀텀, 3 : 206, 2019. 10.22331 / q-2019-12-02-206.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-12-02-206

[36] Ognyan Oreshkov 및 Nicolas J. Cerf. 사전 정의 된 시간이없는 운영 양자 이론. New Journal of Physics, 18 (7) : 073037, 2016. 10.1088 / 1367-2630 / 18 / 7 / 073037.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​7/​073037

[37] Ognyan Oreshkov와 Christina Giarmatzi. 인과 및 인과 적으로 분리 가능한 프로세스. New Journal of Physics, 18 (9) : 1–36, 2016. 10.1088 / 1367-2630 / 18 / 9 / 093020.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​9/​093020

[38] Ognyan Oreshkov, Fabio Costa 및 Časlav Brukner. 인과 적 순서가없는 양자 상관. Nature Communications, 3 : 1–13, 2012. 10.1038 / ncomms2076.
https : / /doi.org/ 10.1038 / ncomms2076

[39] 파올로 페리 노티. 인과 구조 및 고차 양자 계산의 분류. 수학 과학의 자습서, 학교 및 워크숍, 103–127 페이지, 2017. 10.1007 / 978-3-319-68655-4_7.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-68655-4_7

[40] Dénes Petz. 양자 시스템의 상보성. 수리 물리학 보고서, 59 (2) : 209–224, 2007. 10.1016 / S0034-4877 (07) 00010-9.
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0034-4877(07)00010-9

[41] Robert Piziak, Patrick L. Odell 및 R. Hahn. 합계와 교차점에 대한 투영을 구성합니다. 응용 프로그램이있는 컴퓨터 및 수학, 37 (1) : 67–74, 1999. 10.1016 / S0898-1221 (98) 00242-9.
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0898-1221(98)00242-9

[42] Christopher Portmann, Christian Matt, Ueli Maurer, Renato Renner 및 Bjorn Tackmann. 인과 관계 상자 : 양자 정보 처리 시스템은 구성 중에 폐쇄되었습니다. 정보 이론에 관한 IEEE 거래, 1–1 페이지, 2017. 10.1109 / tit. 2017.2676805.
https : / /doi.org/10.1109/ tit.2017.2676805

[43] Lorenzo M. Procopio, Amir Moqanaki, Mateus Araújo, Fabio Costa, Irati Alonso Calafell, Emma G. Dowd, Deny R. Hamel, Lee A. Rozema, Časlav Brukner 및 Philip Walther. 양자 게이트 순서의 실험적 중첩. Nature Communications, 6 : 1–10, 2015. 10.1038 / ncomms8913.
https : / /doi.org/ 10.1038 / ncomms8913

[44] Lorenzo M. Procopio, Francisco Delgado, Marco Enríquez, Nadia Belabas 및 Juan Ariel Levenson. Indefinite Causal-Order Scenario에서 N 채널의 양자 일관성 제어를 통한 통신 향상. 엔트로피, 21 (10) : 1012, 2019. 10.3390 / e21101012.
https : / /doi.org/10.3390/e21101012

[45] Giulia Rubino, Lee A. Rozema, Adrien Feix, Mateus Araújo, Jonas M. Zeuner, Lorenzo M. Procopio, Časlav Brukner 및 Philip Walther. 무기한 인과 순서에 대한 실험적 검증. 과학 발전, 2017a. 10.1126 / sciadv.1602589.
https : / /doi.org/10.1126/sciadv.1602589

[46] Giulia Rubino, Lee A. Rozema, Francesco Massa, Mateus Araújo, Magdalena Zych, Časlav Brukner 및 Philip Walther. 시간적 질서의 실험적 얽힘. arXiv : quant-ph / 1712.06884, 2017b.
arXiv : 1712.06884

[47] Ralph Silva, Yelena Guryanova, Anthony J. Short, Paul Skrzypczyk, Nicolas Brunner 및 Sandu Popescu. 무한한 인과 순서 및 다중 시간 양자 상태로 프로세스를 연결합니다. New Journal of Physics, 19 (10) : 103022, 2017. 10.1088 / 1367-2630 / aa84fe.
https : / /doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aa84fe

[48] Márcio M. Taddei, Ranieri V. Nery 및 Leandro Aolita. 운영 자원으로서의 인과 적 순서의 양자 중첩. Phys. Rev. Research, 1 : 033174, 2019. 10.1103 / PhysRevResearch.1.033174.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevResearch.1.033174

[49] Germain Tobar와 Fabio Costa. 닫힌 시간과 같은 곡선과 선택의 자유를 가진 가역적 역학. 고전 및 양자 중력, 37 (20) : 205011, 2020. ISSN 1361-6382. 10.1088 / 1361-6382 / aba4bc.
https : / / doi.org/ 10.1088 / 1361-6382 / aba4bc

[50] Julian Wechs, Alastair A. Abbott 및 Cyril Branciard. 다자간 인과 적 (비) 분리 성의 정의 및 특성화. New Journal of Physics, 21 (1) : 013027, 2019. 10.1088 / 1367-2630 / aaf352.
https : / /doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aaf352

[51] 웨이 케진, 노라 티 슐러, 자오시 란, 리 유화이, 후안 미구엘 아라 졸라, 양 리우, 웨이 준, 리 하오, 유 리싱, 젠 왕, 유아 오 첸, 배리 C. 샌더스, 장 치앙, 제프 J Pryde, Feihu Xu 및 Jian-Wei Pan. Phys. Rev. Lett., 122 : 120504, 2019 년 10.1103 월. 122.120504 / PhysRevLett.XNUMX.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.122.120504

[52] Magdalena Zych, Fabio Costa, Igor Pikovski 및 Časlav Brukner. 시간 순서에 대한 벨의 정리. Nature Communications, 10 (1), 2019. ISSN 2041-1723. 10.1038 / s41467-019-11579-x.
https : / /doi.org/ 10.1038 / s41467-019-11579-x

인용

출처 : https://quantum-journal.org/papers/q-2021-01-20-384/

spot_img

최신 인텔리전스

spot_img