[论文解读] Quantum Information Teleportation without Entanglement: Non-Zero Quantum Discord Suffices

Lei Wang, Jie‐Hui Huang+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2011

Quantum Computing Algorithms and Architecture被引用 3

一句话总结

本文证明了仅依靠非零量子失谐即可实现量子信息 teleportation，而无需纠缠。通过使用具有满秩相关矩阵的两比特混合态信道，当鲍勃执行贝尔测量并将结果经典地通信给爱丽丝时，爱丽丝通过对其坍缩态的测量重建输入量子比特。

ABSTRACT

We present a method to teleport the quantum information contained in a single qubit via shared quantum correlations that are weaker than the usual requirement of strong entanglement. A two-qubit, quantum-correlated, mixed-state system between Alice and Bob is deployed as the quantum channel. When Bob makes a Bell measurement on Charlie's unknown input qubit (C) in an arbitrary state, together with Bob's channel qubit (B), the Alice's qubit of the channel (A) will collapse. When the correlation matrix of the two-qubit channel is a full-rank matrix, the information required to reconstruct the input qubit C can be acquired by Alice's measurement of her collapsed output state (A'), along with a classical communication from Bob to Alice. Here the information teleportation requires only non-zero quantum discord, regardless of if there is entanglement or not.

研究动机与目标

• 研究是否可以在不依赖纠缠的情况下实现量子 teleportation。
• 确定量子失谐本身是否足以作为 teleportation 的充分资源。
• 展示一种依赖弱量子关联而非强纠缠的协议。
• 建立基于满秩混合态信道的 teleportation 框架。

提出的方法

• 两比特混合态系统作为爱丽丝与鲍勃之间的量子信道。
• 查理准备一个未知的单量子比特态（C），鲍勃通过与他的信道量子比特（B）一起执行贝尔测量来测量该态。
• 测量结果使爱丽丝的量子比特（A）坍缩为一个依赖于输入和信道关联的状态（A'）。
• 信道的相关矩阵必须为满秩，以确保足够的信息传输。
• 爱丽丝对其坍缩后的量子比特（A'）执行测量，并利用鲍勃提供的经典通信来重建输入态。
• 当信道中存在非零量子失谐时，即使不存在纠缠，该协议也能成功。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在量子信道中不依赖纠缠而实现量子 teleportation？
• RQ2 非零量子失谐是否足以支持可靠的量子信息传输？
• RQ3 相关矩阵的秩在实现弱关联 teleportation 中起到什么作用？
• RQ4 缺乏纠缠如何影响 teleportation 的保真度与可行性？
• RQ5 仅具有量子失谐的混合态信道能否支持通用 teleportation？

主要发现

• 即使信道中不存在纠缠，量子 teleportation 依然可以实现。
• 非零量子失谐足以支持 teleportation，因此纠缠并非必要。
• 当信道的相关矩阵为满秩时，该协议能够成功。
• 鲍勃向爱丽丝的经典通信对于态的重建至关重要。
• 通过测量与经典反馈，该协议保持了输入量子比特态的完整性。
• 结果表明，在此 teleportation 方案中，关键资源是量子失谐而非纠缠。