[論文レビュー] Quantum Information Teleportation without Entanglement: Non-Zero Quantum Discord Suffices

Lei Wang, Jie‐Hui Huang+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2011

Quantum Computing Algorithms and Architecture被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、もつれを必要とせず、非ゼロの量子ディスクリード（量子ディスクリード）のみを用いても量子情報のトランスポートが可能であることを示している。2つのキュービットからなる混合状態チャネルを用い、相関行列がフルランクである場合、ボブがベル測定を実行し、アリスに古典的情報を送信することで、アリスが状態が崩壊した状態に対する測定により入力キュービットを再構成できる。

ABSTRACT

We present a method to teleport the quantum information contained in a single qubit via shared quantum correlations that are weaker than the usual requirement of strong entanglement. A two-qubit, quantum-correlated, mixed-state system between Alice and Bob is deployed as the quantum channel. When Bob makes a Bell measurement on Charlie's unknown input qubit (C) in an arbitrary state, together with Bob's channel qubit (B), the Alice's qubit of the channel (A) will collapse. When the correlation matrix of the two-qubit channel is a full-rank matrix, the information required to reconstruct the input qubit C can be acquired by Alice's measurement of her collapsed output state (A'), along with a classical communication from Bob to Alice. Here the information teleportation requires only non-zero quantum discord, regardless of if there is entanglement or not.

研究の動機と目的

• もつれを含まない量子トランスポートが可能かどうかを調査すること。
• 量子ディスクリードがトランスポートのための十分なリソースとして機能できるかどうかを特定すること。
• 強いもつれではなく、弱い量子相関に依存するプロトコルを提示すること。
• フルランクの混合状態チャネルを用いたトランスポートのフレームワークを確立すること。

提案手法

• 2キュービットの混合状態系が、アリスとボブ間の量子チャネルとして機能する。
• チャーリーが未知の1キュービット状態（C）を準備し、ボブはチャネルのキュービット（B）と合わせてベル測定によりそれを測定する。
• 測定結果により、アリスのキュービット（A）は、入力状態とチャネルの相関に依存する状態（A'）に崩壊する。
• チャネルの相関行列がフルランクでなければならないのは、十分な情報伝達を保証するためである。
• アリスは崩壊したキュービット（A'）に対して測定を実行し、ボブからの古典的通信を用いて入力状態を再構成する。
• チャネル内の量子ディスクリードが非ゼロである限り、もつれが存在しなくてもプロトコルは成功する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子チャネルにもつれが存在しない場合でも、量子トランスポートが達成可能か？
• RQ2 非ゼロの量子ディスクリードが信頼性のある量子情報伝達を可能にするのに十分か？
• RQ3 相関行列のランクが弱い相関を用いたトランスポートを可能にする役割は何か？
• RQ4 もつれの欠如がトランスポートの忠実度と実現可能性に与える影響は何か？
• RQ5 量子ディスクリードのみを有する混合状態チャネルがユニバーサルトランスポートをサポートできるか？

主な発見

• チャネルにもつれが存在しない場合でも、量子トランスポートは達成可能である。
• 非ゼロの量子ディスクリードがトランスポートを可能にするのに十分であり、もつれは不要である。
• チャネルの相関行列がフルランクである場合、プロトコルは成功する。
• ボブからアリスへの古典的通信は、状態再構成にとって不可欠である。
• 測定と古典的フィードバックを通じて、入力キュービットの量子状態の整合性が保たれる。
• 結果は、このトランスポート方式において、もつれではなく量子ディスクリードが重要なリソースであることを示している。