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量子二十一点：量子策略在通信受限游戏中的优势
在量子信息领域，双人博弈为我们展示了量子纠缠作为一种资源的独特威力。例如，克劳塞-霍恩-西莫尼-霍尔特 (CHSH) 博弈就是一个操作任务的例子，其中量子纠缠比所有可能的经典策略都更具优势。对 CHSH 以及更一般的非局部博弈的分析不仅为我们提供了对贝尔不等式 [1] 等基础概念的洞察，而且还为可验证随机性生成 [2]、密钥分发 [3] 和委托计算 [4] 等重要任务制定了协议。由于无需通信的纠缠就能产生超出经典可能性的相关性，因此值得探索在允许通信的情况下这种相关性在多大程度上仍然成立。对于具有分布式输入的计算函数，纠缠可以将通信成本降低多达指数倍 [5]，但不会更多 [6]。纠缠形式在某些情况下很重要，但在其他情况下则不然：当允许通信和少量误差时，爱因斯坦-波多尔斯基-罗森对至少与其他状态一样有用 [ 7 ]，而在零通信设置中，非最大纠缠态可以实现更多 [ 8 ， 9 ]。虽然这些结果告诉我们通信量为零或渐近增长，但对于特定协议的非渐近通信量知之甚少。我们将在此基础上构建的一个例外是参考文献 [ 10 ] 的“超比特”协议，它表征了具有无限纠缠、单个比特通信和单个比特输出的协议的功能，得到的答案让人想起了 Tsirelson 对 XOR 游戏的表征[ 11 ， 12 ]。其他非渐近结果包括通信减少的具体例子（例如，使用纠缠从 3 比特减少到 2 比特[13]）、随机接入编码中的量子优势[14,15]、量子通信功率与贝尔不等式的关系[16,17]、补充有 1 比特通信的局部隐变量模型[18]，以及针对大型纠缠的低通信测试
实验性空分复用极化-...
量子技术的发展和广泛应用高度依赖于分配纠缠的通信信道的容量。空分复用 (SDM) 增强了传统电信中的数据信道传输容量，并有可能利用现有基础设施将这一理念转移到量子通信中。在这里，我们展示了在 411 米长的 19 芯多芯光纤上进行偏振纠缠光子的 SDM，该光纤可同时通过多达 12 个信道分配偏振纠缠光子对。多路复用传输的质量由高偏振可见性和每对相反纤芯的 Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH) Bell 不等式违反证明。我们的分配方案在 24 小时内表现出高稳定性，无需任何主动偏振稳定，并且可以毫不费力地适应更多信道。该技术增加了量子信道容量，并允许基于单个纠缠光子对源可靠地实现多用户量子网络。
MERMIN多面体量子计算和基础
Mermin Square方案为与国家无关的上下文提供了简单的证明。在本文中，我们研究了从Mermin方案获得的多面体MPβ，在一组环境中由函数β进行了参数。直到组合同构，有两种类型的多型MP 0和MP 1，具体取决于β的均衡。我们的主要结果是这两个多面体的顶点的分类。另外，我们描述了与多面体关联的图。MP 0的所有顶点结果都是确定性的。此结果提供了一个新的拓扑证明，证明了CHSH场景上的非上下文分布的精细表征。mp 1可以看作是λ-聚植物的非局部玩具版本，这是用于仿真通用量子计算的一类多型。在2 Quibit的情况下，我们使用MP 1进行了λ-聚型的分解，其顶点是分类的，并且（2、3、2）钟形场景的非信号层，其顶点是众所周知的。
使用不受信任的设备计算量子密码的安全密钥率
独立于设备的量子密钥分发 (DIQKD) 提供了最强大的安全密钥交换形式，仅使用设备的输入输出统计数据即可实现信息论安全性。尽管 DIQKD 的基本安全原理现已得到充分理解，但为高级 DIQKD 协议推导出可靠且强大的安全界限仍然是一项技术挑战，这些界限要超越基于违反 CHSH 不等式而得出的先前结果。在这项工作中，我们提出了一个基于半有限规划的框架，该框架为使用不受信任设备的任何 QKD 协议的渐近密钥速率提供可靠的下限。具体而言，我们的方法原则上可用于基于完整输入输出概率分布或任何贝尔不等式选择来为任何 DIQKD 协议找到可实现的密钥速率。我们的方法还扩展到其他 DI 加密任务。
![arxiv：2103.15110V3 [QUANT-PH] 2021年8月2日](/simg/g:\will\search\icon\source\2\24051cfe9f5476a30d5a6e1f0971524f8d129f80.webp)
arxiv：2103.15110V3 [QUANT-PH] 2021年8月2日
我们提出温和的测量原理（GMP）作为量子力学基础的原理之一。断言，如果可以以很高的概率区分一组状态，则可以通过使状态几乎不变的测量来区分它们，包括与参考系统的相关性。尽管在经典和量子理论中都满足了GMP，但我们在一般概率理论的框架内表明，它对物理定律施加了强大的限制。首先，一对观测值的测量不确定性不能比制剂不确定性大。因此，CHSH非局部性的强度不能最大。拉伸量子理论中的参数（包括量子理论在内的一般概率理论家族）也受到限制。第二，条件熵根据数据压缩定理定义了链不平等。它不仅暗示了信息因果关系和Tsirelson的界限，而且还从延伸的量子理论中挑出了量子理论。所有这些结果表明，GMP将是量子力学核心的原则之一。
第 6 讲 - 非局部博弈和 Tsirelson 定理
对于函数 f : X × Y →{ 0, 1 } 的某些选择。直观地说，对于每个问题对 ( x , y )，函数 f 指定 a 和 b 应该一致还是不一致才能成为获胜答案。请注意，对于每个问题对，两种可能性（即 a 和 b 一致或不一致的可能性）中恰好有一种会获胜，而另一种可能性则会失败。由于每个 XOR 游戏都由集合 X 和 Y、概率向量 π ∈ P ( X × Y ) 和函数 f : X × Y →{ 0, 1 } 唯一确定，因此，当方便时，我们将用四元组 ( X , Y , π , f ) 来标识相应的游戏 G。例如，CHSH 游戏是 XOR 游戏的一个例子，对应于四元组 ( { 0, 1 } , { 0, 1 } , π , f )，其中 π 是均匀概率向量，f ( x , y ) = x ∧ y 是 AND 函数。
![arXiv:2402.16574v1 [hep-ph] 2024 年 2 月 26 日](/simg/g:\will\search\icon\source\a\ae530d5ca490a4a77451b8beb87eb4dda70ae779.webp)
arXiv:2402.16574v1 [hep-ph] 2024 年 2 月 26 日
量子信息科学 (QIS) 的快速发展为探索基础物理学开辟了新途径。量子非局域性是区分量子信息与经典信息的一个关键方面，它已在粒子衰变中通过违反贝尔型不等式进行了广泛的研究。尽管取得了这些进展，但仍然缺乏基于量子信息理论的粒子相互作用综合框架。为了弥补这一差距，我们引入了自旋 1/2 超子衰变过程的广义量子测量描述。我们通过将该方法与已建立的理论计算相结合来验证该方法，并将其应用于相关 Λ ¯ Λ 对的联合衰变。我们使用量子模拟来观察超子衰变中 CHSH 不等式的违反。我们的广义测量描述具有适应性，可以扩展到各种高能过程，包括北京正负电子对撞机 (BEPC) 的北京光谱仪 III (BESIII) 实验中的矢量介子衰变 J/ψ、ψ (2 S ) → Λ ¯ Λ 。本研究开发的方法可应用于基本相互作用中的量子关联和信息处理。
编译型异或游戏价值的计算 Tsirelson 定理
非局部博弈是理解纠缠和在具有多个空间分离的量子设备的环境中构建量子协议的基础工具。在这项工作中，我们继续了 Kalai 等人 (STOC '23) 发起的研究，该研究是在经典验证器和单个加密受限的量子设备之间进行的编译非局部博弈。我们的主要结果是，Kalai 等人提出的编译器对于任何双人 XOR 游戏都是可靠的。Tsirelson 的一个著名定理表明，对于 XOR 游戏，量子值由半定程序精确给出，我们通过证明 SDP 上界对于编译的游戏成立，直到编译产生的错误可以忽略不计，从而获得了我们的结果。这回答了 Natarajan 和 Zhang (FOCS '23) 提出的问题，他们展示了 CHSH 游戏特定情况的可靠性。利用我们的技术，我们获得了几个额外的结果，包括（1）并行重复 XOR 游戏的编译值的严格界限、（2）任何编译的 XOR 游戏的运算符自测试语句，以及（3）任何 XOR 游戏的“良好”平方和证书，从中可以看出运算符的刚性。
两个 I 类纠缠光子量子比特的熵和量子相干特性的测量
摘要 利用BBO非线性晶体中的I型SPDC过程，我们产生了接近于最大纠缠贝尔态的偏振纠缠态，对于HV（DA）基，其高可见度（高亮度）为98.50±1.33%（87.71±4.45%）。作为非局部现实主义测试，我们计算了CHSH版本的贝尔不等式，发现它强烈违反经典物理或任何隐变量理论，S = 2.71±0.10。通过测量SPDC过程中的符合计数率，我们获得单光子探测器的量子效率约为（25.5±3.4）%，这与制造商的测量结果一致。正如预期的那样，我们验证了CC率与输入CW激光的泵浦功率的线性依赖关系，这可能有助于找到有效的二阶磁化率晶体。利用量子比特测量理论，包括基于 16 个偏振测量的线性集合的量子态断层重建，以及基于数值优化的最大似然技术，我们计算了物理非负定密度矩阵，这意味着准备状态的不可分离性和纠缠。通过最大似然密度算子，我们精确计算了纠缠度量，例如并发、形成纠缠、纠缠、对数负性，以及不同的纠缠熵，例如线性熵、冯诺依曼熵和 Renyi 2 熵。最后，这种高亮度和低速率纠缠光子源可用于实验室中的短距离量子测量。
基于路由钟测试
光子损耗是完全光子实现设备独立量子键分布（DIQKD）的主要障碍。最近的工作激励，表明路由钟场的场景为远程量子相关性认证提供了提高的检测效率低下，我们研究了基于路由设置的DIQKD协议。在这些协议中，在某些测试回合中，来自源的光子通过主动控制的开关将其路由到附近的测试设备而不是遥远的测试设备。我们展示了如何使用非交通性多项式优化和Brown-Fawzi-Fazwi方法分析这些协议的安全性并计算关键率的下限。我们根据基于CHSH或BB84相关性的几个简单的两数Qubion路由DIQKD协议的渐近密钥速率确定下限，并将其性能与标准协议进行比较。我们发现，与非路由同行相比，在理想情况下，DIQKD方案可以显着提高检测效率要求，高达30％。值得注意的是，路由的BB84协议可实现远处设备的检测效率低至50％的正键率，这是任何QKD协议的最小阈值，这些QKD协议具有两个不受信任的测量。但是，我们发现的优势对噪声和影响涉及其他测试装置的短程相关性的损失高度敏感。