Logo Zephyrnet

Cân bằng thông tin hoàn chỉnh trong phép đo lượng tử

Ngày:


Lee Seung Woo1,2, Jaewan Kim3, và Hyunchul Nha4

1Trung tâm Thông tin Lượng tử, Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc, Seoul, 02792, Hàn Quốc
2Trung tâm Vũ trụ Lượng tử, Viện Nghiên cứu Cao cấp Hàn Quốc, Seoul 02455, Hàn Quốc
3Trường Khoa học Tính toán, Viện Nghiên cứu Cao cấp Hàn Quốc, Seoul 02455, Hàn Quốc
4Khoa Vật lý, Đại học Texas A&M tại Qatar, Thành phố Giáo dục, POBox 23874, Doha, Qatar

Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.

Tóm tắt

Phép đo lượng tử là một công cụ cơ bản để biểu hiện các hiệu ứng lượng tử nội tại từ các thử nghiệm cơ bản đến các ứng dụng thông tin lượng tử. Trong khi một phép đo thường được thực hiện để thu được thông tin về trạng thái lượng tử, thì vai trò của nó trong công nghệ lượng tử thực sự rất đa dạng. Ví dụ, phép đo lượng tử là một yếu tố quá trình quan trọng trong tính toán lượng tử dựa trên phép đo. Nó cũng được sử dụng để phát hiện và sửa lỗi do đó bảo vệ thông tin lượng tử trong các khuôn khổ sửa lỗi. Do đó, điều quan trọng là phải mô tả đầy đủ các vai trò của phép đo lượng tử bao gồm độ lợi thông tin, sự nhiễu loạn trạng thái và tính thuận nghịch, cùng với các mối quan hệ cơ bản của chúng. Nhiều nỗ lực đã được thực hiện để có được sự cân bằng giữa thu được thông tin và nhiễu trạng thái, trở thành cơ sở thực tế để xử lý thông tin an toàn. Tuy nhiên, sự cân bằng thông tin đầy đủ là cần thiết để bao gồm khả năng đảo ngược của phép đo lượng tử, cấu thành một phần không thể thiếu của quá trình xử lý thông tin lượng tử thực tế. Ở đây, chúng tôi thiết lập tất cả các cặp quan hệ đánh đổi liên quan đến thu thập thông tin, xáo trộn và đảo ngược, và quan trọng là mối quan hệ giữa tất cả chúng với nhau. Bằng cách đó, chúng tôi cho thấy rằng khả năng đảo ngược đóng một vai trò quan trọng trong việc hoàn thành cân bằng thông tin. Đáng chú ý, kết quả của chúng tôi có thể được hiểu là một định luật bảo toàn thông tin của phép đo lượng tử ở một dạng bình thường. Chúng tôi hoàn toàn xác định các điều kiện cho phép đo tối ưu thỏa mãn sự bảo toàn cho mỗi quan hệ cân bằng với các ứng dụng tiềm năng của chúng. Công việc của chúng tôi có thể cung cấp một hướng dẫn hữu ích để thiết kế một phép đo lượng tử phù hợp với mục đích của bộ xử lý thông tin lượng tử.

► Dữ liệu BibTeX

► Tài liệu tham khảo

[1] W. Heisenberg, Über den anschaulichen Breatlt der quantentheoretischen kinematik und Mechanik, Z. Phys. 43, 172–198 (1927).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01397280

[2] MT Quintino, T. Vértesi và N. Brunner, Đo lường chung, Chỉ đạo Einstein-Podolsky-Rosen, và Bell Nonlocality, Phys. Rev. Lett. 113, 160402 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.160402

[3] R. Uola, T. Moroder, và O. Gühne, Đo lường chung của các phép đo tổng quát ngụ ý tính cổ điển, Phys. Rev. Lett. 113, 160403 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.160403

[4] R. Raussendorf và HJ Briegel, Máy tính lượng tử một chiều, Phys. Rev. Lett. 86, 5188 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.86.5188

[5] M. Nielsen và I. Chuang, Tính toán lượng tử và thông tin lượng tử (Nhà xuất bản Đại học Cambridge, 2000).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[6] HM Wiseman và GJ Milburn, Đo lường và Điều khiển Lượng tử (Nhà xuất bản Đại học Cambridge, 2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511813948

[7] K. Jacobs, Lý thuyết đo lượng tử và các ứng dụng của nó (Nhà xuất bản Đại học Cambridge, 2014).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781139179027

[8] CH Bennett, G. Brassard, C. Crépeau, R. Jozsa, A. Peres, và WK Wootters, Dịch chuyển một trạng thái lượng tử chưa biết qua kênh kép cổ điển và einstein-podolsky-rosen, Phys. Rev. Lett. 70, 1895 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.70.1895

[9] HJ Briegel, DE Browne, W. Dür, R. Raussendorf, và M. Van den Nes, Tính toán lượng tử dựa trên phép đo, Vật lý tự nhiên 5, 19–26 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1157

[10] S. Pirandola, J. Eisert, C. Weedbrook, A. Furusawa và SL Braunstein, Những tiến bộ trong dịch chuyển lượng tử, Nature Photonics 9, 641–652 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2015.154

[11] V. Giovannetti, S. Lloyd và L. Maccone, Những tiến bộ trong đo lường lượng tử, Nature Photonics 5, 222–229 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2011.35

[12] D. Lidar và T. Brun, Sửa lỗi lượng tử (Nhà xuất bản Đại học Cambridge, 2013).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781139034807

[13] N. Gisin, G. Ribordy, W. Tittel và H. Zbinden, Mật mã lượng tử, Rev. Mod. Thể chất. 74, 145 (năm 2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.74.145

[14] CH Bennett và G. Brassard, Mật mã lượng tử: Phân phối khóa công khai và tung đồng xu, Kỷ yếu Hội nghị Quốc tế IEEE về Máy tính, Hệ thống và Xử lý Tín hiệu, 175 (1984).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.tcs.2014.05.025

[15] HJ Groenewold, Một vấn đề thu được thông tin bằng các phép đo lượng tử, Int. J. Vật lý lý thuyết. 4, 327–338 (1971).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF00815357

[16] G. Lindblad, Một bất đẳng thức entropy cho các phép đo lượng tử, Commun. Môn Toán. Thể chất. 28, 245–249 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01645778

[17] M. Ozawa, Về thu được thông tin bằng các phép đo lượng tử của các vật quan sát liên tục, J. Math. Thể chất. 27, 759 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.527179

[18] CA Fuchs và A. Peres, Rối loạn trạng thái lượng tử so với thu được thông tin: Quan hệ không chắc chắn đối với thông tin lượng tử, Phys. Rev. A 53, 2038 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.53.2038

[19] CA Fuchs và KA Jacobs, Quan hệ cân bằng thông tin đối với phép đo lượng tử cường độ hữu hạn, Phys. Rev. A 63, 062305 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.63.062305

[20] K. Banaszek, Cân bằng trung thực trong các phép toán lượng tử, Phys. Rev. Lett. 86, 1366 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.86.1366

[21] K. Banaszek và I. Devetak, Sự đánh đổi lòng trung thực để có được những tập hợp hữu hạn của các qubit được chuẩn bị giống nhau, Phys. Rev. A 64, 052307 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.052307

[22] GM D'ariano, Về nguyên lý Heisenberg, cụ thể là về sự cân bằng nhiễu loạn thông tin trong phép đo lượng tử, Fortschr. Thể chất. 51, 318 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1002 / prop.200310045

[23] MF Sacchi, Đánh đổi nhiễu loạn thông tin trong việc ước tính trạng thái tối đa bị vướng mắc, Phys. Rev. Lett. 96, 220502 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.96.220502

[24] F. Buscemi, M. Hayashi và M. Horodecki, Cân bằng thông tin toàn cầu trong phép đo lượng tử, Phys. Rev. Lett. 100, 210504 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.210504

[25] S. Luo, Bảo toàn thông tin và sự thay đổi entropi trong phép đo lượng tử, Phys. Rev. A 82, 052103 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.82.052103

[26] M. Berta, JM Renes và MM Wilde, Xác định mức tăng thông tin của phép đo lượng tử, Giao dịch IEEE về Lý thuyết thông tin 60, 7987 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2014.2365207

[27] M. Ueda và M. Kitagawa, Tính thuận nghịch trong các quá trình đo lượng tử, Phys. Rev. Lett. 68, 3424 (năm 1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.3424

[28] A. Royer, Phép đo lượng tử có thể đảo ngược trên spin 1/2 và đo trạng thái của một hệ thống đơn lẻ, Phys. Rev. Lett. 73, 913 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.73.913

[29] M. Ueda, N. Imoto, và H. Nagaoka, Tính thuận nghịch logic trong phép đo lượng tử: Lý thuyết chung và các ví dụ cụ thể, Phys. Rev. A 53, 3808 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.53.3808

[30] AN Jordan và AN Korotkov, Khai phá hàm sóng bằng cách hoàn tác các phép đo lượng tử, Vật lý đương đại 51, 125 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107510903385292

[31] M. Koashi và M. Ueda, Phép đo đảo ngược và sửa lỗi lượng tử xác suất, Phys. Rev. Lett. 82, 2598 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.82.2598

[32] H. Terashima và M. Ueda, Mạch lượng tử phi đơn vị, Tạp chí Quốc tế về Thông tin Lượng tử 3, 633 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749905001456

[33] AN Korotkov và AN Jordan, Hoàn tác một phép đo lượng tử yếu của một qubit trạng thái rắn, Phys. Rev. Lett. 97, 166805 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.166805

[34] AN Korotkov và K. Keane, Sự triệt tiêu tính liên kết bằng cách đảo ngược phép đo lượng tử, Phys. Phiên bản A 81, 040103 (R) (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.040103

[35] Y.-S. Kim, Y.-W. Cho, Y.-S. Ra và Y.-H. Kim, Đảo ngược phép đo lượng tử yếu cho một qubit quang tử, Optics Express 17, 11978 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.17.011978

[36] Y.-S. Kim, J.-C. Lee, O. Kwon và Y.-H. Kim, Bảo vệ sự vướng víu khỏi sự suy giảm liên kết bằng cách sử dụng phép đo yếu và đảo ngược phép đo lượng tử, Vật lý tự nhiên 8, 117 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2178

[37] N. Katz, M. Neeley, M. Ansmann, RC Bialczak, M. Hofheinz, E. Lucero, A. O'Connell, H. Wang, AN Cleland, J.M Martinis và AN Korotkov, Đảo ngược của phép đo yếu của một trạng thái lượng tử trong pha siêu dẫn qubit, Phys. Rev. Lett. 101, 200401 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.101.200401

[38] P. Schindler, T. Monz, D. Nigg, J.T Barreiro, EA Martinez, MF Brandl, M. Chwalla, M. Hennrich và R. Blatt, Hoàn tác một phép đo lượng tử, Phys. Rev. Lett. 110, 070403 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.070403

[39] J.-C. Lee, Y.-C. Jeong, Y.-S. Kim và Y.-H. Kim, Thực nghiệm chứng minh sự triệt tiêu liên kết thông qua đảo ngược phép đo lượng tử, Optics Express 19, 16309 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.19.016309

[40] YW Cheong và S.-W. Lee, Cân bằng giữa thu được thông tin và khả năng đảo ngược trong phép đo yếu, Phys. Rev. Lett. 109, 150402 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.150402

[41] H.-T. Lim, Y.-S. Ra, K.-H. Hong, S.-W. Lee và Y.-H. Kim, Các giới hạn cơ bản trong phép đo để ước tính trạng thái lượng tử, Vật lý. Rev. Lett. 113, 020504 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.020504

[42] G. Chen, Y. Zou, X.-Y. Xu, J.-S. Tang, Y.-L. Li, J.-S. Xu, Y.-J. Han, C.-F. Li, G.-C. Guo, H.-Q. Ni, Y. Yu, M.-F. Li, G.-W. Zha, Z.-C. Niu, và Y. Kedem, Kiểm tra thực nghiệm về Mối quan hệ cân bằng giữa ước tính và đảo ngược trạng thái trong các phép đo lượng tử chung, Phys. Rev. X 4, 021043 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.4.021043

[43] H. Terashima, Thông tin, độ trung thực và khả năng đảo ngược trong phép đo một qubit, Phys. Phiên bản A 83, 032114 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.032114

[44] H. Terashima, Thông tin, độ trung thực và khả năng đảo ngược trong các phép đo lượng tử nói chung, Phys. Phiên bản A 93, 022104 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.022104

[45] D. Petz, Đủ đại số con và entropy tương đối của các trạng thái của đại số von Neumann, Commun. Môn Toán. Thể chất. 105, 123 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01212345

[46] D. Petz, Mức độ đầy đủ của các kênh trên đại số von Neumann, Tạp chí hàng quý của Toán học số 39, 97 (1988).
https: / / doi.org/ 10.1093 / qmath / 39.1.97

[47] M. Junge, R. Renner, D. Sutter, MM Wilde và A. Winter, Bản đồ khôi phục phổ quát và mức độ đầy đủ gần đúng của entropy tương đối lượng tử, Annales Henri Poincare 19, 2955 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00023-018-0716-0

[48] F. Sciarrino, M. Ricci, F. De Martini, R. Filip, và L. Mišta, Jr., Nhận ra phép đo lượng tử nhiễu tối thiểu, Phys. Rev. Lett. 96, 020408 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.96.020408

[49] F. Buscemi, S. Das, và MM Wilde, Tính thuận nghịch gần đúng trong bối cảnh tăng entropy, tăng thông tin và tích cực hoàn toàn, Phys. Phiên bản A 93, 062314 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.062314

[50] H. Kwon và MS Kim, Định lý dao động cho kênh lượng tử, Phys. Rev. X 9, 031029 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.9.031029

[51] W. Wootters và W. Zurek, Một lượng tử duy nhất không thể được nhân bản, Nature 299, 802–803 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 299802a0

[52] V. Bužek và M. Hillery, Sao chép lượng tử: Ngoài định lý không nhân bản, Phys. Rev. A 54, 1844 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.1844

[53] N. Gisin và S. Massar, Máy nhân bản lượng tử tối ưu, Phys. Rev. Lett. 79, 2153 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.79.2153

[54] V. Scarani, S. Iblisdir, N. Gisin và A. Acín, Nhân bản lượng tử, Rev. Mod. Thể chất. 77, 1225 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.77.1225

[55] D. Bruss, A. Ekert, và C. Macchiavello, Nhân bản lượng tử phổ quát tối ưu và ước lượng trạng thái, Phys. Rev. Lett. 81, 2598 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.81.2598

[56] S. Iblisdir, A. Acín, NJ Cerf, R. Filip, J. Fiurášek, và N. Gisin, Nhân bản lượng tử không đối xứng đa phân tử, Phys. Rev. A 72, 042328 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.72.042328

[57] J. Bae và A. Acín, Nhân bản lượng tử tiệm cận là ước lượng trạng thái, Phys. Rev. Lett. 97, 030402 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.030402

[58] LM Duẩn và GC Guo, Nhân bản xác suất và xác định các trạng thái lượng tử độc lập tuyến tính, Phys. Rev. Lett. 80, 4999 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.80.4999

[59] LM Duẩn và GC Guo, Máy nhân bản xác suất để tái tạo hai trạng thái không trực giao, Phys. Lett. A. 243, 261 (1998).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0375-9601(98)00287-4

[60] T. Sagawa và M. Ueda, Định luật thứ hai của nhiệt động lực học với điều khiển phản hồi lượng tử rời rạc, Phys. Rev. Lett. 100, 080403 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.080403

[61] K. Jacobs, Định luật thứ hai của nhiệt động lực học và điều khiển phản hồi lượng tử: Con quỷ của Maxwell với các phép đo yếu, Phys. Rev. A 80, 012322 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.80.012322

Trích dẫn

Thanh toán PrimeXBT
Giao dịch với các Đối tác CFD chính thức của AC Milan
Nguồn: https://quantum-journal.org/ con / q-2021 / 03-17-414 /

tại chỗ_img

Tin tức mới nhất

tại chỗ_img

Trò chuyện trực tiếp với chúng tôi (chat)

Chào bạn! Làm thế nào để tôi giúp bạn?