在时空中,事件 A 和 B 可以有三种因果关系:A 先于 B ,B 先于 A ,或者 A 和 B 有因果分离,即它们位于一个类空区间。量子力学允许存在与这些情况都不对应的因果结构。启发式地,这可以描绘为将 A 和 B 之间的顺序置于量子叠加中。更准确地说,已经提出了几种使用“过程矩阵”或“量子开关”来实现不确定因果顺序的方法 [1– 6]。虽然这些方法在数学上并不严格等价,但它们都支持一个基本思想:不确定因果顺序本质上是一种量子现象,它为迄今为止主要在时空理论中探索的概念提供了新的启示。最近,在几种量子开关的实现中已经通过实验观察到了这种现象 [7–12]。为了准确衡量量子理论为因果关系研究带来的新元素,可以将因果序的量子控制视为提供非经典通信优势的一种资源,即量子开关中的两个噪声信道可以比任何单个信道传输更多的信息 [13]。这种方法的好处是可以立即阐明量子开关的物理意义,但它依赖于一个目前尚未解决的问题,即任何局部方是否可以操作性地实施这种量子控制 [14]。在本文中,我们假设实证研究已经给出了一个积极的启发式方法:通过量子开关对因果序的量子控制已经通过实验获得。接下来,我们努力从理论上更好地理解此类设置所展示的优势。特别地,一个长期存在的问题涉及这种优势的起源:为了否认量子开关是一个独立的资源,有人认为,两个信道的单程量子叠加,在没有不确定因果顺序的情况下,已经导致了类似的结果[15,16]。在第二部分介绍基本的数学概念之后,我们探讨了这种非因果顺序的有争议的起源。
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信道的 Holevo 信息可以用以下方案定义:Alice 将经典随机变量 X 的信息编码为量子态,该变量在 X 中的值服从概率分布 pX,使用一组状态 { ρ x } x ∈X 。为了跟踪经典随机变量但用量子力学公式表示一切,我们认为 Alice 保存着她编码的信息的“笔记本”,我们可以将其建模为使用正交基 {| x ⟩} x ∈X 将该信息存储在另一个寄存器 N 中。从这个“笔记本”寄存器 N 中,可以完全恢复 X 的经典信息。总之,Alice 准备了二分态 ρ NA = X
摘要:在量子信息的所有领域中,满足适当的拟合权限的量子状态之间具有距离量度的距离至关重要。在这项工作中,我们从量子信息理论的角度出发了几何rényiDivergence(GRD)(GRD)的系统研究,也称为最大rényiDivergence。我们表明,这种差异及其扩展到渠道具有许多吸引人的结构特性,而其他量子差异不满意。例如,我们证明了链条规则不平等,这立即暗示了几何rényi差异的“摊销崩溃”,并解决了Berta等人的开放问题。[数学物理学中的字母110:2277–2336,2020,等式(55)]在量子通道区分区域中。作为应用程序,我们探索了各种通道容量问题,并根据几何rényi差异构建新的通道信息度量,并基于最大轴承的范围锐化了以前最著名的界限,同时仍然保持新的界限单,并有效地计算。研究了许多例子,几乎所有情况下的改进都是显而易见的。
量子通信通道在随后的使用之间存在相关性的情况下,最近引起了很多关注。最初在经典信息传输的背景下研究了相关的量子渠道,这表明,对于某些相关强度的范围,随后的使用之间的纠缠产生是有益的,可以增强传播信息的量[1]。Interesting features then emerged in the study of quantum memory (or correlated) channels by modeling of rel- evant physical examples, including depolarizing channels [ 2 ], Pauli channels [ 3 – 5 ], dephasing channels [ 6 – 10 ], amplitude damping channels [ 11 ], Gaussian channels [ 12 ], lossy bosonic channels [ 13 , 14 ], spin chains [ 15 ], collision models [ 16 ], and a MicroMaser模型[17](有关具有内存效果的量子通道的最新综述,请参见参考文献[18])。Quantum channels can be characterized completely by means of quantum process tomography [ 19 ], a well- established technique that requires a number of measurement settings (in an entanglement-based scenario or otherwise a number of measurement settings times number of state prepa- rations in a single system scenario) that scales as d 4 , where d is the arbitrary finite dimension of the quantum system which is sent through the communication channel [ 20 – 22 ].最近提出了具有许多测量设置缩放为d 2的较便宜的程序,以检测不需要完整表征的量子通道的特定特性,例如,其纠缠破坏性属性[23]或其非马克维亚角色[24]。量化通道能力