[论文解读] Interplay between local quantum randomness and non-local information access

Xiao Yuan, Qi Zhao+2 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2016

Quantum Information and Cryptography被引用 2

一句话总结

本文通過證明由兩種相干性度量——相干性制備度與相對熵相干性——所量化之內在隨機性差異等於局部測量後系統-關聯粒子態中的量子失諧，從而建立了局部量子隨機性與非局域量子關聯之間的直接聯繫。結果顯示，量子失諧捕捉了漸近可提取與可稀釋相干性之間的差距，突顯其在非局域資訊獲取中的作用。

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.

研究动机与目标

• 研究相干性度量與量子測量中內在隨機性之間的相互作用。
• 從可提取隨機性的角度，闡明相對熵相干性的物理含義。
• 探討量子關聯（特別是量子失諧）與基於相干性的隨機性量化差異之間的關係。
• 建立相干性資源理論與透過量子失諧實現的非局域資訊獲取之間的聯繫。

提出的方法

• 從量子資訊理論的視角，重新推導相干性制備度在量化內在隨機性中的作用。
• 使用相對熵相干性作為漸近可提取相干性的度量，與相干性制備度進行比較。
• 分析對系統量子比特進行局部測量後的系統，專注於系統與關聯粒子的態。
• 計算測量後系統與關聯粒子之間的量子失諷，以量化非局域量子關聯。
• 證明兩種相干性度量之間的差異等於測量後態中的量子失諷。

实验结果

研究问题

• RQ1 相干性制備度與相對熵相干性在量化量子測量中的內在隨機性時有何差異？
• RQ2 這兩種相干性度量之間差異的物理來源為何？
• RQ3 量子失諷能否解釋漸近可提取與可稀釋相干性之間的差距？
• RQ4 局部測量如何影響系統與環境之間的非局域關聯結構？

主要发现

• 由相干性制備度與相對熵相干性所量化之內在隨機性差異，恰好等於測量後系統與關聯粒子態中的量子失諷。
• 此結果表明，量子失諷捕捉了相干性稀釋與提取過程之間的不可逆性或資源差距。
• 即使不存在束縛相干態，這兩種相干性度量仍會產生不同的隨機性值，顯示其在操作解釋上存在根本差異。
• 兩種隨機性度量之間的差距並非源自相干性本身，而是由量子失諷所量化之非局域量子關聯所導致。