[論文レビュー] Quantum teleportation of EPR pair by three-particle entanglement

В. Н. Горбачев, A. I. Trubilko|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 1999

Quantum Information and Cryptography参考文献 14被引用数 63

ひとこと要約

この論文は、三粒子グリーンバーガー＝ホーン＝ザイリンガー（GHZ）状態を資源として用いることで、アインシュタイン＝ポドルスキー＝ローゼン（EPR）もつれ状態をトランスポートするプロトコルを提案する。単一キュービットのトランスポートとは異なり、この方式では三粒子同時測定基底を必要とし、元のEPR状態を二つの受信者が共同で再構成可能であるが、個々には再構成できない。これはN粒子もつれ状態のトランスポートに応用可能であることを示唆する。

ABSTRACT

Teleportation of an EPR pair using triplet in state of the Horne-Greenberger-Zeilinger form to two receivers is considered. It needs a three-particle basis for joint measurement. By contrast the one qubit teleportation the required basis is not maximally entangled. It consists of the states corresponding to the maximally entanglement of two particles only. Using outcomes of measurement both receivers can recover an unknown EPR state however one of them can not do it separately. Teleportation of the N-particle entanglement is discussed.

研究の動機と目的

• 三粒子GHZ状態を量子チャネルとして用いてEPR状態をトランスポートするプロトコルを開発すること。
• 単一キュービットを超えるもつれ状態の成功したトランスポートに必要な測定基底を分析すること。
• 両方の受信者が測定結果を共有しなければEPR状態を再構成できないこと、すなわち、古典的通信の共同利用が不可欠であることを示すこと。
• この枠組みをN粒子もつれ状態のトランスポートに拡張すること。

提案手法

• プロトコルは、トランスポートのためのもつれ資源として三粒子GHZ状態を用いる。
• EPR状態とGHZ状態の一つの粒子に対して、三粒子同時測定が行われ、これには三粒子測定基底が必要となる。
• 測定結果が古典的に両方の受信者に送信され、状態の再構成が可能になる。
• 再構成プロセスでは、測定結果に基づいて受信者のキュービットに対してユニタリ操作が施される。
• 単一キュービットトランスポートとは異なり、測定には非最大もつれ基底が用いられ、基底状態においては二粒子もつれに注目する。
• プロトコルは、N粒子もつれ状態のトランスポートに一般化される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EPR状態を三粒子GHZ状態を資源として用いてどのようにトランスポートできるか？
• RQ2 EPR状態をトランスポートするにはどのような測定基底が必要か？また、単一キュービットトランスポートとはどのように異なるか？
• RQ3 なぜ状態再構成のために両方の受信者の古典的通信の共同利用が必要なのか？なぜ個々の受信者は独立して状態を回復できないのか？
• RQ4 このプロトコルがN粒子もつれ状態のトランスポートに与える影響は何か？
• RQ5 測定基底のもつれ構造がトランスポートの成功にどのように影響するか？

主な発見

• EPR状態のトランスポートには、単一キュービットトランスポートで用いられる二粒子基底とは異なり、三粒子同時測定基底が必要である。
• 使用される測定基底は全体として最大もつれではないが、ペアごとに最大もつれを示す状態から構成されている。
• 両方の受信者が測定結果の古典的情報を共有することで、元のEPR状態を再構成できる。
• 個々の受信者はEPR状態を独立して回復できないため、もつれ転送の非局所的性質が顕著に現れている。
• このプロトコルはN粒子もつれ状態のトランスポートに拡張可能であり、多者間量子通信のスケーラブルなフレームワークを示唆している。