論文の概要: Geometry of sequential quantum correlations and robust randomness certification

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.12286v1
• Date: Thu, 21 Sep 2023 17:50:29 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-09-22 13:58:56.176295
• Title: Geometry of sequential quantum correlations and robust randomness certification
• Title（参考訳）: 逐次量子相関の幾何学とロバストなランダム性証明
• Authors: Matteo Padovan, Giulio Foletto, Lorenzo Coccia, Marco Avesani, Paolo Villoresi, Giuseppe Vallone
• Abstract要約: 本稿では, 量子相関の幾何学と, 頑健なデバイス非依存ランダムネス生成への応用について検討する。 異なる観測者間の非局所性の量の間のトレードオフとして表されるこれらの相関の集合の境界を同定する。 理想的な条件下で境界相関を生成できる非射影計測に基づく実用的な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://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum correlations between the measurements of two or more separated observers play a fundamental role in many applications, such as randomness generation or key distribution. Recently, it was realized that sequential measurements (i.e., defined with a precise temporal ordering between subsequent measurements on a given system) can enhance the performance of these protocols. However, the theoretical understanding of how to maximize this performance is limited and the relation with the boundary of quantum correlations is unexplored. In the case of one party on one side and two sequential parties on the other, we study the geometry of quantum correlations and its implications for robust device-independent randomness generation. We identify a boundary for the set of these correlations expressed as a trade-off between the amount of nonlocality between different observers and show that this allows to generate the maximum possible device-independent randomness in our setting, namely two bits. We propose a practical protocol based on non-projective measurements that can produce the boundary correlations under ideal conditions, and address its robustness to noise, showing that it is improved compared to previous approaches. Finally, we implement our protocol in a proof-of-concept experiment based on a photonic implementation. With the obtained correlations we could certify more bits per state with respect to the standard CHSH protocol, proving that our protocol is feasible and robust to real-world imperfections. Our work paves the way for a full understanding of sequential quantum correlations and their exploitation for practical and efficient device-independent protocols.
• Abstract（参考訳）: 2つ以上の分離オブザーバの測定値間の量子相関は、ランダム性生成や鍵分布といった多くの応用において基本的な役割を果たす。 近年, シーケンシャルな測定(すなわち, その後のシステムにおける測定の正確な時間的順序付け)により, これらのプロトコルの性能が向上することが確認された。 しかし、この性能の最大化に関する理論的理解は限られており、量子相関の境界との関係は未解明である。 一方の側ともう一方の側にある2つのシーケンシャルなパーティの場合、量子相関の幾何学とそのロバストなデバイス非依存ランダムネス生成に対する意味について研究する。 我々は、異なる観測者間の非局所性の量の間のトレードオフとして表現されるこれらの相関関係の集合の境界を同定し、これにより、設定において最大でデバイス非依存のランダム性、すなわち2ビットを生成することができることを示す。 理想条件下で境界相関を生成できる非射影計測に基づく実用的なプロトコルを提案し,その雑音に対する頑健性に対処し,従来の手法よりも改善されていることを示す。 最後に,本プロトコルを概念実証実験としてフォトニック実装を用いて実装する。 得られた相関により、標準のCHSHプロトコルに対して、状態当たりのビット数を増やすことができ、我々のプロトコルが現実の欠陥に対して実現可能で堅牢であることを証明できる。 私たちの研究は、逐次量子相関の完全な理解と、実用的かつ効率的なデバイス非依存プロトコルの活用への道を開くものです。

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