論文の概要: Quantum superposition of causal-structure as a universal resource for local implementation of nonlocal quantum operations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.12925v1
• Date: Mon, 26 Sep 2022 18:01:20 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-25 02:55:15.553961
• Title: Quantum superposition of causal-structure as a universal resource for local implementation of nonlocal quantum operations
• Title（参考訳）: 非局所量子演算の局所実装のための普遍資源としての因果構造の量子重ね合わせ
• Authors: Pratik Ghosal, Arkaprabha Ghosal, Debarshi Das and Ananda G. Maity
• Abstract要約: 不定因果構造は、空間分散量子システム上の任意の量子演算を局所的に実装するための独立した普遍的な資源として使用できる。 我々は,不確定因果構造を唯一の資源として活用することで,あるエージェントのサブシステムの状態を他の遠隔実験室に完全にテレポートすることが可能であることを示す。 本稿では,不確定因果構造を唯一の資源として活用する4つのベル状態の完全局所判別プロトコルを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Spatial separation restricts the set of locally implementable quantum operations on distributed multipartite quantum systems. We propose that indefinite causal structure arising due to quantum superposition of different spacetime geometries can be used as an independent universal resource for local implementation of any quantum operation on spatially distributed quantum systems. Consequently, all such quantum tasks that are not accomplishable by LOCC only also become locally accomplishable. We show that exploiting indefinite causal structure as the sole resource, it is possible to perfectly teleport the state of one agent's subsystem to the other distant lab in such a way that the agent at the distant lab can have access to the whole initially shared state in his/her lab and can perform any global quantum operation on the joint state locally. We further find that after the teleportation process, the resource -- indefinite causal structure of the spacetime does not get destroyed. Hence, after implementing the desired quantum operation the state of the first agent's subsystem can be teleported back to its previous lab using the same resource. We show that this two-way teleportation is not always necessary for locally executing all nonlocal quantum tasks that are not realisable by LOCC only. Without invoking any kind of teleportation, we present a protocol for perfect local discrimination of the set of four Bell states that exploits indefinite causal structure as the sole resource. As immediate upshots, we present some more examples of such nonlocal tasks like local discrimination of the set of states exhibiting `quantum nonlocality without entanglement' and activation of bound entangled states that are also achievable by our proposed protocol incorporating indefinite causal structure as resource.
• Abstract（参考訳）: 空間分離は、分散多部量子系の局所的に実装可能な量子演算の集合を制限する。 空間分布型量子システム上での任意の量子演算を局所的に実装するための独立した普遍的資源として,異なる時空幾何の量子重ね合わせによって生じる不定因果構造を用いることができる。 したがって、LOCCによって達成できない全ての量子タスクも局所的にしか達成できない。 本研究は, 不確定因果構造を唯一の資源として活用することで, 遠隔実験室のエージェントが実験室で最初に共有された状態全体にアクセスでき, 局所的にグローバルな量子操作を行えるように, エージェントのサブシステムの状態を遠隔実験室に完全にテレポートすることが可能であることを示す。 さらに、テレポーテーションのプロセスの後、リソース -- 時空の無期限因果構造が破壊されないことも分かりました。 したがって、所望の量子演算を実装した後、第1のエージェントのサブシステムの状態を同じリソースを使って以前の研究室にテレポートすることができる。 この双方向テレポーテーションは,loccのみでは実現できない非局所量子タスクをローカルに実行する場合,必ずしも必要ではないことを示す。 いかなるテレポーテーションも呼び出すことなく,不定因果構造を唯一の資源として利用する4つのベル状態の完全な局所的識別のためのプロトコルを提案する。 直近の成果として,「絡み合いのない量子非局所性」を示す状態集合の局所的識別や,不定因果構造を資源として含む提案プロトコルによって実現可能な結合した絡み合い状態の活性化など,非局所的なタスクの例を示す。

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