[논문 리뷰] Quantifying non-classical teleportation

Ivan Šupić, Paul Skrzypczyk외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 04. 27.

Quantum Information and Cryptography인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 양자 텔레포테이션 채널의 비고전성 정도를 측정하기 위해 계산 가능한 준정적형 프ogramming 기반의 측정법을 제안하며, 이러한 측정법과 기저가 되는 상태의 양자 얽힘(content) 사이의 정량적 연관성을 확립한다. 주요 기여는 이러한 비고전성 측정법을 통해 텔레포테이션 실험에서 얽힘을 추정할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

ABSTRACT

In a previous work [Phys. Rev. Lett. 119, 110501] we proved that every entangled quantum state can be used to implement a non-classical teleportation channel. Here we turn to the question of quantifying how non-classical these channels are. We define several quantifiers of non-classical teleportation which can be computed using semidefinite programming. Furthermore, we prove quantitative relations between these quantifiers and the amount of entanglement in the underlying states. Apart from providing further insight on the relation between teleportation and entanglement, our work introduces a method to estimate entanglement in a teleportation experiment.

연구 동기 및 목표

• 비고전성의 존재를 넘어서 텔레포테이션 채널의 비고전성 정도를 정량화하는 것.
• 실험적 환경에서 사용할 수 있는 계산 가능한 비고전성 텔레포테이션 측정법을 개발하는 것.
• 비고전성 텔레포테이션 측정법과 기저가 되는 양자 상태의 얽힘 사이의 정량적 관계를 수립하는 것.
• 텔레포테이션 기반 실험에서 얽힘을 추정하기 위한 실용적인 방법을 제공하는 것.

제안 방법

• 준정적형 프로그래밍(SDP)에 기반한 비고전성 텔레포테이션의 여러 측정법을 제안한다.
• 텔레포테이션 채널의 초이 매트릭스에서 이들 측정법을 효율적으로 계산하기 위해 SDP를 사용한다.
• 텔레포테이션 채널이 고전적 시뮬레이션 가능성에서 얼마나 떨어져 있는지를 캡처하는 측정법을 정의한다.
• 비고전성 측정법과 나이티브니티와 양자 얽힘의 강건성 등 기존의 얽힘 측정법 사이의 수학적 관계를 수립한다.
• 비고전성의 크기와 자원 상태의 얽힘 정도 사이를 연결하는 경계를 유도한다.
• 이 틀을 사용하여 텔레포테이션 프로토콜을 분석하고 실험 데이터에서 얽힘 추정치를 추출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 텔레포테이션 채널의 비고전성 정도를 계산 가능하고 운영적으로 의미 있는 방식으로 어떻게 정량화할 수 있는가?
• RQ2 비고전성 텔레포테이션과 기저가 되는 양자 상태의 얽힘 사이의 정량적 관계는 무엇인가?
• RQ3 비고전성 측정법을 사용하여 텔레포테이션 실험에서 얽힘을 추정할 수 있는가?
• RQ4 다양한 비고전성 텔레포테이션 측정법은 상호 간에 어떻게 관련되어 있으며, 기존의 얽힘 측정법과 어떻게 관련되는가?

주요 결과

• 제안된 비고전성 측정법은 준정적형 프로그래밍을 통해 계산 가능하여 실험적 응용이 가능하다.
• 이들 측정법은 나이티브니티와 양자 얽힘의 강건성 등 기존의 얽힘 측정법과 정량적 부등식을 통해 직접 연결되어 있다.
• 비고전성 텔레포테이션이 자원 상태의 얽힘 정도를 직접적으로 나타내며, 더 강한 비고전성이 있는 경우 자원 상태의 얽힘도 더 크다는 것이 입증되었다.
• 이 틀을 통해 전체 상태 톰로그래피를 요구하지 않고도 텔레포테이션 실험에서 얽힘을 추정할 수 있다.
• 이들 측정법은 텔레포테이션 채널이 얼마나 고전적으로 시뮬레이션 가능한지에서 얼마나 떨어져 있는지를 강력하고 운영적으로 관련 있는 방식으로 측정한다.