[論文レビュー] Quantum memory assisted entropic uncertainty and entanglement dynamics in classical dephasing channels

Atta Ur Rahman, Nour Zidan|arXiv (Cornell University)|Nov 22, 2021

Quantum Information and Cryptography参考文献 43被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、ガウス過程に基づくオーランシュタイン＝ウーレンバックのノイズ過程を用いて、古典的デコherenceを受ける2キュービットのヴェルナー状態におけるエントロピー的不確実性ともつれのダイナミクスを調査する。パラメータ最適化を用いて、ノイズと純度の制限された範囲内では、分解速度を上回る急激なエントロピー増大にもかかわらず、コherenecともつれの長期的安定性が示された。

ABSTRACT

We investigate the dynamics of entropic uncertainty relations, tightness, and concurrence in two non-interacting qubits produced in the Werner state and subjected to classical channels. In two contexts, common and independent qubit-noise configurations, a Gaussian Ornstein Uhlenbeck process is used to control the noisy effects of the local external fields. Using parameter optimization, we establish long-term stability in two qubits while reducing the environment's disorder entropic impact and maintaining entanglement. Using entropic uncertainty relations, tightness and concurrence, we show that in the presence of Ornstein Uhlenbeck noise, two-qubit coherence and entanglement in local fields are both weak and readily lost. Despite this, longer entanglement and lower entropy can be predicted within a limited range of the noise parameter and the purity estimator of the two-qubit state. Furthermore, the measured rate of entropy rise outpaces the rate of disentanglement generation. In addition, we also utilized the tightness measure to estimate the uncertainty in the dynamics of bipartite entropic relations.

研究の動機と目的

• 古典的デコherenceチャネル下における2つの非相互作用キュービットのエントロピー的不確実性関係のダイナミクスを分析すること。
• エントロピー的不確実性関係のきつさを評価し、測定不確実性の定量化におけるその役割を検証すること。
• 局所的ノイズ環境下でのもつれの尺度としてのconcurrenceの検討。
• 環境によるデコherenceにもかかわらず、もつれとコherenecが安定する条件の特定。
• 環境の無秩序性を最小限に抑えるために、システムパラメータの最適化。

提案手法

• 局所外部場における時間相関を持つ古典的デコherenceをモデル化するために、ガウス過程に基づくオーランシュタイン＝ウーレンバック過程を採用した。
• もつれとコherenecのダイナミクスを調査するために、初期状態としてヴェルナー状態を用いた。
• 二粒子系における測定不確実性の定量化のために、エントロピー的不確実性関係を適用した。
• ノイズ下での時間経過に伴うもつれの度合いを評価するために、concurrenceを計算した。
• 量子測定における不確実性の境界の精度を評価するために、きつさ尺度を用いた。
• コherenecともつれの安定領域を特定するために、パラメータ最適化を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オーランシュタイン＝ウーレンバック過程を用いてモデル化された古典的デコherenceは、2キュービット系におけるエントロピー的不確実性にどのように影響を与えるか？
• RQ2 局所的ノイズ場におけるエントロピー増大ともつれの分解速度の関係は何か？
• RQ3 どの範囲のノイズパラメータと状態純度においても、環境によるデコherenceにもかかわらずもつれが保持されるか？
• RQ4 ノイズのあるキュービットのダイナミクス中に、エントロピー的不確実性関係のきつさはどのように変化するか？
• RQ5 パラメータ最適化により、古典的デコherenceの存在下でもコherenecともつれを安定化させることができるか？

主な発見

• エントロピー的不確実性はもつれの劣化よりも速やかに増大しており、測定不確実性がもつれよりもノイズに対してより感受性が強いことを示している。
• ノイズパラメータと状態純度の制限された範囲内では、コherenecともつれの長期的安定性が達成可能である。
• オーランシュタイン＝ウーレンバックノイズ下では2キュービットのコherenecが弱くかつ速やかに消失するにもかかわらず、パラメータ最適化により安定したもつれと低いエントロピーを維持できる。
• きつさ尺度は不確実性境界の精度を効果的に捉えており、エントロピー的不確実性関係の信頼性に関する洞察を提供する。
• 最適なパラメータ設定により、環境の無秩序性が量子相関に与える影響を顕著に低減できる。
• 持続的な局所的ノイズ下でも、低エントロピーと保存されたもつれが共存する非自明な範囲が同定された。