論文の概要: Classical superdense coding and communication advantage of a single quantum

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2202.06796v1
• Date: Mon, 14 Feb 2022 15:29:59 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-25 21:09:05.025823
• Title: Classical superdense coding and communication advantage of a single quantum
• Title（参考訳）: 古典的スーパーデンス符号化と単一量子の通信利用
• Authors: Ram Krishna Patra, Sahil Gopalkrishna Naik, Edwin Peter Lobo, Samrat Sen, Tamal Guha, Some Sankar Bhattacharya, Mir Alimuddin, Manik Banik
• Abstract要約: 古典的共有ランダム性の助けのないキュービット通信は,その目的を達成することができることを示す。 これらのゲームのサブクラスは、送信者がいくつかの古典的でない玩具システムと通信した場合、決定論的に勝ち取ることができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We analyze the communication utility of a single quantum system when the sender and receiver share neither any entanglement nor any classical shared randomness. To this aim, we propose a class of two-party communication games that cannot be won with a noiseless $1$-bit classical channel, whereas the goal can be perfectly achieved if the channel is assisted by classical shared randomness. This resembles an advantage similar to the quantum superdense coding phenomenon where pre-shared entanglement can enhance communication utility of a perfect quantum communication line. Quite surprisingly, we show that a qubit communication without any assistance of classical shared randomness can achieve the goal, and hence establishes a novel quantum advantage in the simplest communication scenario. In pursuit of a deeper origin of this advantage we show that an advantageous quantum strategy must invoke quantum interference both at the encoding step by the sender and at the decoding step by the receiver. A subclass of these games can be won deterministically if the sender communicates some non-classical toy systems described by symmetric polygonal state spaces. We then proceed to design a variant of the game that can be won neither with $1$-bit communication nor with a polygon system, but $1$-qubit communication yields a perfect strategy, establishing a strict quantum nature of the advantage. To this end, we show that the quantum advantages are robust against imperfect encodings-decodings, making the protocols implementable with presently available quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: 我々は、送信側と受信側が絡み合いも古典的共有ランダム性も共有しない場合、単一の量子システムの通信ユーティリティを解析する。 そこで本研究では,無音の1bitの古典的チャネルでは勝てない2者間通信ゲームについて提案するが,古典的共有ランダム性によって支援された場合,そのゴールは完全に達成できる。 これは、事前共有された絡み合いが完全な量子通信線の通信効率を高める量子スーパーデンス符号化現象と似た利点である。 極めて驚くべきことに、古典的共有ランダム性の助けなしに量子ビット通信が目標を達成できることが示され、したがって最も単純な通信シナリオにおいて新たな量子的優位性が確立される。 この利点のより深い起源を追求するために、有利な量子戦略は、送信者による符号化ステップと受信者による復号ステップの両方で量子干渉を起こさなければならないことを示す。 これらのゲームのサブクラスは、送信者が対称多角形状態空間で記述されたいくつかの非古典的玩具システムと通信する場合に決定論的に得ることができる。 その後、我々は1ドルビットの通信でもポリゴンのシステムでも勝てないゲームの変種を設計していくが、1ドルのキュービットの通信は完璧な戦略となり、利点の厳格な量子的性質を確立する。 この目的のために、量子アドバンテージは不完全なエンコーディング・デコーディングに対して頑健であり、現在利用可能な量子技術でプロトコルを実装可能であることを示す。

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