論文の概要: Information Carried by a Single Particle in Quantum Multiple-Access Channels

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.02513v1
• Date: Fri, 6 Jan 2023 14:01:56 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-09 23:59:20.653672
• Title: Information Carried by a Single Particle in Quantum Multiple-Access Channels
• Title（参考訳）: 量子多重アクセスチャネルにおける単一粒子による情報伝達
• Authors: Xinan Chen, Yujie Zhang, Andreas Winter, Virginia O. Lorenz, Eric Chitambar
• Abstract要約: 量子システムの古典的でない特徴は、現在の情報の交換方法を強化する可能性がある。 1つの古典的粒子や量子的粒子のみを用いて、複数のパーティ情報を単一の受信機に伝達する方法について比較する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.821363169821046
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Non-classical features of quantum systems have the potential to strengthen the way we currently exchange information. In this paper, we explore this enhancement on the most basic level of single particles. To be more precise, we compare how well multi-party information can be transmitted to a single receiver using just one classical or quantum particle. Our approach is based on a multiple-access communication model in which messages can be encoded into a single particle that is coherently distributed across multiple spatial modes. Theoretically, we derive lower bounds on the accessible information in the quantum setting that strictly separate it from the classical scenario. This separation is found whenever there is more than one sender, and also when there is just a single sender who has a shared phase reference with the receiver. Experimentally, we demonstrate such quantum advantage in single-particle communication by implementing a multi-port interferometer with messages being encoded along the different trajectories. Specifically, we consider a two-sender communication protocol built by a three-port optical interferometer. In this scenario, the rate sum achievable with a classical particle is upper bounded by one bit, while we experimentally observe a rate sum of $1.0152\pm0.0034$ bits in the quantum setup.
• Abstract（参考訳）: 量子システムの非古典的特徴は、現在情報交換の方法を強化する可能性を秘めている。 本稿では,この強化を単一粒子の最も基本的なレベルについて検討する。 より正確には、1つの古典的粒子または量子的粒子を用いて、複数のパーティ情報が単一の受信機にどれだけうまく伝達できるかを比較する。 提案手法は、複数の空間モードにまたがってコヒーレントに分散された単一の粒子にメッセージがエンコードできるマルチアクセス通信モデルに基づいている。 理論的には、古典的シナリオから厳密に分離する量子設定におけるアクセス可能な情報の下限を導出する。 この分離は、複数の送信者が存在する場合や、受信者と共有フェーズ参照を持つ単一の送信者が存在する場合にも発生する。 実験では、異なる軌道に沿ってエンコードされるメッセージを含むマルチポート干渉計を実装し、単一粒子通信においてこのような量子的な利点を示す。 具体的には、3ポート光干渉計で構築した2周通信プロトコルについて検討する。 このシナリオでは、古典粒子で達成可能なレート和は1ビットで上限され、量子セットアップで1.0152\pm0.0034$bitのレート和を実験的に観測する。

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