論文の概要: Operational Resource Theory of Imaginarity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2007.14847v2
• Date: Tue, 2 Mar 2021 16:30:13 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-07 20:33:28.677554
• Title: Operational Resource Theory of Imaginarity
• Title（参考訳）: 想像力の運用資源理論
• Authors: Kang-Da Wu, Tulja Varun Kondra, Swapan Rana, Carlo Maria Scandolo, Guo-Yong Xiang, Chuan-Feng Li, Guang-Can Guo, Alexander Streltsov
• Abstract要約: 量子状態は、実際の要素しか持たなければ、生成や操作が容易であることを示す。 応用として、想像力は国家の差別にとって重要な役割を担っていることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 48.7576911714538
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Wave-particle duality is one of the basic features of quantum mechanics, giving rise to the use of complex numbers in describing states of quantum systems, their dynamics, and interaction. Since the inception of quantum theory, it has been debated whether complex numbers are actually essential, or whether an alternative consistent formulation is possible using real numbers only. Here, we attack this long-standing problem both theoretically and experimentally, using the powerful tools of quantum resource theories. We show that - under reasonable assumptions - quantum states are easier to create and manipulate if they only have real elements. This gives an operational meaning to the resource theory of imaginarity. We identify and answer several important questions which include the state-conversion problem for all qubit states and all pure states of any dimension, and the approximate imaginarity distillation for all quantum states. As an application, we show that imaginarity plays a crucial role for state discrimination: there exist real quantum states which can be perfectly distinguished via local operations and classical communication, but which cannot be distinguished with any nonzero probability if one of the parties has no access to imaginarity. We confirm this phenomenon experimentally with linear optics, performing discrimination of different two-photon quantum states by local projective measurements. These results prove that complex numbers are an indispensable part of quantum mechanics.
• Abstract（参考訳）: 波動-粒子双対性は量子力学の基本的特徴の一つであり、量子系の状態、その力学、相互作用を記述するために複素数を使用する。 量子論の創始以来、複素数は実際に必須なのか、それとも実数のみを用いて別の一貫した定式化が可能なのかが議論されてきた。 ここでは、量子資源理論の強力なツールを用いて、理論的および実験的に、この長年にわたる問題を攻撃する。 合理的な仮定の下では、量子状態は実際の要素しか持たなければ生成や操作が容易である。 これは、イマジナリティの資源理論に操作的意味を与える。 我々は、全ての量子状態の状態変換問題、任意の次元のすべての純粋状態、および全ての量子状態の近似虚数蒸留を含むいくつかの重要な問題を特定し、答える。 実量子状態は、局所的な操作や古典的な通信によって完全に区別できるが、一方の当事者が虚偽性にアクセスできない場合、非ゼロの確率では区別できない。 この現象を線形光学を用いて実験的に確認し,局所射影計測により異なる2光子量子状態の識別を行う。 これらの結果は、複素数が量子力学の必須部分であることを証明する。

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