[논문 리뷰] Interplay between local quantum randomness and non-local information access

Xiao Yuan, Qi Zhao외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 05. 25.

Quantum Information and Cryptography인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 국소적 양자 랜덤성과 비국소적 양자 상관관계 사이의 직접적 연관성을 확립한다. 두 개의 위상성 측도인 위상성 생성과 상대 엔트로피 위상성으로 측정한 내재적 랜덤성의 차이가 국소 측정 이후 시스템-상관관계가 있는 파티의 상태에서의 양자 논리적 오차와 정확히 일치함을 보여주며, 이 결과는 양자 논리적 오차가 점근적으로 추출 가능하고 재구성 가능한 위상성 간의 격차를 포착함을 시사한다. 이는 비국소적 정보 접근에서의 역할을 강조한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 측정에서의 위상성 측도와 내재적 랜덤성 간의 상호작용을 조사하기 위해.
• 상대 엔트로피 위상성의 물리적 의미를 추출 가능한 랜덤성 측면에서 명확히 하기 위해.
• 특히 양자 논리적 오차와 같은 양자 상관관계가 위상성 기반의 랜덤성 측정 간 격차와 어떻게 관련되는지 탐구하기 위해.
• 양자 논리적 오차를 통해 위상성 자원 이론과 비국소적 정보 접근 간의 연결을 수립하기 위해.

제안 방법

• 양자 정보 이론적 관점에서 위상성 생성이 내재적 랜덤성 측정에 어떻게 기여하는지 재정립하기 위해.
• 상대 엔트로피 위상성을 점근적으로 추출 가능한 위상성의 척도로 사용하여 위상성 생성과 비교하기 위해.
• 시스템 큐비트에 국소 측정을 수행한 후 시스템과 상관관계가 있는 파티의 상태에 집중하여 분석하기 위해.
• 측정 이후 시스템과 상관관계가 있는 파티 사이의 양자 논리적 오차를 계산하여 비국소적 양자 상관관계를 정량화하기 위해.
• 두 위상성 측도 간의 차이가 측정 이후 상태에서의 양자 논리적 오차와 정확히 일치함을 보여주기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 위상성 생성과 상대 엔트로피 위상성이 양자 측정에서 내재적 랜덤성을 어떻게 다르게 측정하는가?
• RQ2 이 두 위상성 측도 간의 차이의 물리적 기원은 무엇인가?
• RQ3 양자 논리적 오차는 점근적으로 추출 가능하고 재구성 가능한 위상성 간 격차를 설명할 수 있는가?
• RQ4 국소 측정은 시스템과 환경 간의 비국소적 상관관계 구조에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 위상성 생성과 상대 엔트로피 위상성이 측정한 내재적 랜덤성의 차이는 시스템과 상관관계가 있는 파티의 측정 이후 상태에서의 양자 논리적 오차와 정확히 일치한다.
• 이 결과는 양자 논리적 오차가 위상성 희석과 회수 과정 간의 비가역성 또는 자원 격차를 포착함을 보여준다.
• 결합된 위상성 상태가 존재하지는 않지만, 두 위상성 측도는 서로 다른 랜덤성 값을 제공하며, 이는 그들의 운영적 해석에서의 근본적인 차이를 시사한다.
• 두 랜덤성 측도 간 격차는 위상성 자체 때문이 아니라, 양자 논리적 오차로 측정된 비국소적 양자 상관관계에서 기인한다.