[論文レビュー] Interplay between local quantum randomness and non-local information access

Xiao Yuan, Qi Zhao+2 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2016

Quantum Information and Cryptography被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、局所的量子ランダムネスと非局所的量子相関の直接的な関連を示すことにより、2つのコherence測度—コherenceの形成と相対エントロピーのコherence—によって定量化される内在的ランダムネスの差が、局所的測定後の系-相関する粒子系状態における量子ディスコードに等しいことを示している。この結果は、量子ディスコードが漸近的くずし取り可能でかつ希釈可能であるコherenceのギャップを捉えていることを示しており、非局所的情報アクセスにおけるその役割を強調している。

ABSTRACT

The peculiar uncertainty or randomness of quantum measurements stems from coherence, whose information-theoretic characterization is currently under investigation. Under the resource theory of coherence, it is interesting to investigate interpretations of coherence measures and the interplay with other quantum properties, such as quantum correlations and intrinsic randomness. Coherence can be viewed as the resource for the intrinsic randomness in the measurement outcomes of a state in the computational basis. We observed in our previous work that the coherence of formation, which measures the asymptotic coherence dilution rate, indeed quantifies the uncertainty of a (classical) correlated party about the system measurement outcome. In this work, we re-derive the result from a quantum point of view and then connect the intrinsic randomness to the relative entropy of coherence, another important coherence measure that quantifies the asymptotic distillable coherence. Even though there does not exist bound coherent states, these two intrinsic randomness quantified by coherence of formation and the relative entropy of coherence are different. Interestingly, we show that this gap is equal to the quantum discord, a general form of quantum correlations, in the state of the system of interest and the correlated party, after a local measurement on the former system.

研究の動機と目的

• コherence測度と量子測定における内在的ランダムネスの相互作用を調査すること。
• 相対エントロピーのコherenceの物理的意味をくずし取り可能なランダムネスの観点から明確化すること。
• 特に量子ディスコードを含む量子相関が、コherenceに基づくランダムネス評価の差異とどのように関係するかを明らかにすること。
• コherenceリソース理論と非局所的情報アクセスの間の関係を、量子ディスコードを介して確立すること。

提案手法

• 量子情報理論的視点から、コherenceの形成が内在的ランダムネスを定量化する役割を再導出すること。
• 相対エントロピーのコherenceを漸近的くずし取り可能なコherenceの尺度として用い、コherenceの形成と比較すること。
• 系キュービットに対する局所的測定後の系を分析し、系と相関する粒子の状態に注目すること。
• 測定後の状態における系と相関する粒子間の量子ディスコードを計算し、非局所的量子相関を定量化すること。
• 2つのコherence測度の差が、測定後の状態における量子ディスコードに等しいことを示すこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コherenceの形成と相対エントロピーのコherenceは、量子測定における内在的ランダムネスをどのように異なって定量化するか？
• RQ2 これらの2つのコherence測度の差の物理的起源は何か？
• RQ3 量子ディスコードは、漸近的にくずし取り可能でかつ希釈可能なコherenceのギャップを説明できるか？
• RQ4 局所的測定は、系と環境との間の非局所的相関構造にどのように影響を与えるか？

主な発見

• コherenceの形成と相対エントロピーのコherenceが定量化する内在的ランダムネスの差は、系と相関する粒子の測定後状態における量子ディスコードに正確に等しい。
• この結果は、量子ディスコードがコherence希釈とくずし取りのプロセスにおける不可逆性、あるいはリソースギャップを捉えていることを示している。
• 束縛的コherence状態が存在しないにもかかわらず、2つのコherence測度は異なるランダムネス値を生じさせることから、それらの運用的解釈に根本的な違いがあることが示唆される。
• 2つのランダムネス測度のギャップは、コherenceそのものに起因するのではなく、量子ディスコードが定量化する非局所的量子相関に起因する。