論文の概要: Enhanced discrimination of high-dimensional quantum states by concatenated optimal measurement strategies

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.10014v1
• Date: Sat, 18 Dec 2021 22:19:05 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-04 04:55:25.459782
• Title: Enhanced discrimination of high-dimensional quantum states by concatenated optimal measurement strategies
• Title（参考訳）: 連結最適測定戦略による高次元量子状態の識別の強化
• Authors: M. A. Sol\'is-Prosser, O. Jim\'enez, A. Delgado and L. Neves
• Abstract要約: 非直交量子状態における決定論的および誤りのない識別の不可能性は、量子理論の核にある。 我々は,不明瞭な最適戦略において,決定的かつ決定的でない結果から非直交状態の識別を実験的に実証した。 正解の確率は, それぞれ2.07と3.73の有意な増加がみられた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The impossibility of deterministic and error-free discrimination among nonorthogonal quantum states lies at the core of quantum theory and constitutes a primitive for secure quantum communication. Demanding determinism leads to errors, while demanding certainty leads to some inconclusiveness. One of the most fundamental strategies developed for this task is the optimal unambiguous measurement. It encompasses conclusive results, which allow for error-free state retrodictions with the maximum success probability, and inconclusive results, which are discarded for not allowing perfect identifications. Interestingly, in high-dimensional Hilbert spaces the inconclusive results may contain valuable information about the input states. Here, we theoretically describe and experimentally demonstrate the discrimination of nonorthogonal states from both conclusive and inconclusive results in the optimal unambiguous strategy, by concatenating a minimum-error measurement at its inconclusive space. Our implementation comprises 4- and 9-dimensional spatially encoded photonic states. By accessing the inconclusive space to retrieve the information that is wasted in the conventional protocol, we achieve significant increases of up to a factor of 2.07 and 3.73, respectively, in the overall probabilities of correct retrodictions. The concept of concatenated optimal measurements demonstrated here can be extended to other strategies and will enable one to explore the full potential of high-dimensional nonorthogonal states for quantum communication with larger alphabets.
• Abstract（参考訳）: 非直交量子状態における決定論的および誤りのない識別の不可能性は、量子理論の核であり、セキュアな量子通信のプリミティブを構成する。 決定性を求めることは誤りにつながるが、確実性を要求することは決定性を損なう。 このタスクのために開発された最も基本的な戦略の1つは、最適不明瞭な測定である。 これは決定的な結果を含み、最大成功確率でエラーのない状態の回帰が可能であり、完全な識別を許さないために破棄される決定的な結果である。 興味深いことに、高次元ヒルベルト空間において、決定的な結果は入力状態に関する貴重な情報を含むかもしれない。 ここでは,非直交状態と最適不明瞭な戦略における決定的かつ非決定的な結果との区別を理論的に記述し,実験的に示す。 実装は4次元および9次元の空間的に符号化されたフォトニック状態を含む。 非決定的な空間にアクセスして、従来のプロトコルで無駄な情報を取得することにより、正しい再決定の全体的な確率において、それぞれ2.07および3.73までの大幅な増加を達成する。 ここで示される連結最適測定の概念は、他の戦略にも拡張でき、より大きなアルファベットを持つ量子通信のための高次元の非直交状態の完全なポテンシャルを探求することができる。

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