[論文レビュー] Continuous variable quantum teleportation and Einstein-Podolsky-Rosen steering

M. D. Reid, Qiongyi He|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2014

Quantum Information and Cryptography被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、ガウス型プロトコルおよびリソースを用いた連続変数量子トランスポートーションがノーコピング限界を超えるために、二方向のアインシュタイン＝ポドルスキー＝ローゼン（EPR）スティアリングが不可欠であることを示している。本稿では、非ユニタリな古典的ゲインを可能にするために量子トランスアンプリフィケーションを導入し、最小限にエンタングルされたスティアブルな状態を用いたヘラルド型ノイズレス事前アンプリフィケーションが、高精度で安全なトランスポートーションを可能にすることを示している。

ABSTRACT

We investigate the resources needed for secure teleportation of coherent states. We extend continuous variable teleportation to include quantum tele-amplification protocols, that allow non-unity classical gains and a pre-amplification or post-attenuation of the coherent state. We show that, for arbitrary Gaussian protocols and a significant class of Gaussian resources, two-way steering is required to achieve a teleportation fidelity beyond the no-cloning threshold. This provides an operational connection between Gaussian steerability and secure teleportation. We present practical recipes suggesting that heralded noiseless pre-amplification may enable high-fidelity heralded teleportation, using minimally entangled yet steerable resources.

研究の動機と目的

• ノーコピング限界を超えるコherent状態の安全なトランスポートーションに必要な量子リソースを同定すること。
• 連続変数トランスポートーションを非ユニタリな古典的ゲインを有する量子トランスアンプリフィケーションプロトコルに拡張すること。
• ガウス型スティアビリティと安全なトランスポートーションの忠実度との間の操作的リンクを確立すること。
• 最小限にエンタングルされたがスティアブルなリソースを用いて高忠実度のトランスポートーションを可能にする実用的プロトコルを探索すること。

提案手法

• 本研究では、連続変数トランスポートーションに量子トランスアンプリフィケーションを拡張し、コherent状態の事前アンプリフィケーションまたは事後減衰を可能にしている。
• 一般のガウス型リソースのクラスに属する任意のガウス型プロトコルを分析し、エンタングルメントおよびスティアリング特性に焦点を当てている。
• 二方向のEPRスティアリングが、ノーコピング限界を超えるトランスポートーション忠実度を達成するための必要条件であることが特定された。
• フレームワークには、リソースのエンタングルメントを増加させずに忠実度を向上させる実用的手法として、ヘラルド型ノイズレス事前アンプリフィケーションが組み込まれている。
• ガウス状態の形式および忠実度指標を用いて、さまざまなリソース条件下でのトランスポートーション性能を評価している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 連続変数系において、ノーコピング限界を超えるトランスポートーション忠実度を達成するために必要なリソースは何か？
• RQ2 非ユニタリなゲインを有する量子トランスアンプリフィケーションは、トランスポートーションプロトコルのセキュリティおよび忠実度にどのように影響するか？
• RQ3 ガウス型スティアビリティは、ガウス型プロトコルにおいて安全なトランスポートーションと操作的に結びつけられるか？
• RQ4 最小限にエンタングルされたがスティアブルなリソースは、どの程度高忠実度のトランスポートーションを可能にするか？
• RQ5 ヘラルド型ノイズレス事前アンプリフィケーションは、必要なエンタングルメントを減少させながらトランスポートーション忠実度を向上させることができるか？

主な発見

• 二方向のアインシュタイン＝ポドルスキー＝ローゼンスティアリングは、ガウス型プロトコルにおいてノーコピング限界を超えるトランスポートーション忠実度を達成するための必須リソースである。
• 量子トランスアンプリフィケーションにより、非ユニタリな古典的ゲインが可能となり、トランスポートーションにおけるコherent状態の事前アンプリフィケーションまたは事後減衰が可能になる。
• ヘラルド型ノイズレス事前アンプリフィケーションを用いることで、最小限にエンタングルされたがスティアブルなリソースを用いても高忠実度のトランスポートーションが達成可能である。
• 一般のガウス型プロトコル下での忠実度分析を通じて、ガウス型スティアビリティと安全なトランスポートーションとの間の操作的リンクが確立された。
• 結果として、スティアビリティとヘラルド型事前アンプリフィケーションを活用することで、エンタングルメントを低減しつつ高忠実度のトランスポートーションが実現可能であると示唆された。