論文の概要: Indispensability of orbital angular momentum states in secure quantum communication tasks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.00304v1
• Date: Sat, 30 Sep 2023 08:23:25 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-05 05:09:49.151396
• Title: Indispensability of orbital angular momentum states in secure quantum communication tasks
• Title（参考訳）: 安全な量子通信タスクにおける軌道角運動量状態の必須性
• Authors: Rajni Bala and Sooryansh Asthana
• Abstract要約: 軌道角運動量状態は単に代替物として振る舞うのか、それとも必須資源として振る舞うのか? 軌道角運動量状態の利用は、絡み合った状態測定の必要性を排除していることを示す。 本研究は、多次元OAM状態が必須資源として機能するいくつかの量子情報処理タスクを設計する可能性を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Quantum key distribution protocols have been designed for layered networks employing multidimensional entangled and separable orbital angular momentum states [Phys. Rev. A 97, 032312 (2018), Int. J. Theor. Phys. 62, 104 (2023)]. This paper seeks an answer to the overarching question -- in the context of secure quantum communication tasks, do orbital angular momentum states act merely as an alternative or do they act as an indispensable resource? We start by showing that the task of quantum key distribution in layered networks can also be accomplished with several copies of lower-dimensional states such as polarization qubits. For this reason, orbital angular momentum states do not offer any intrinsic advantage in layered quantum key distribution. The potential of OAM states unveils itself in the enhancement of key generation rates and integrated quantum communication tasks, which we present in this paper. These tasks can be implemented exclusively with high-dimensional OAM entangled states. In fact, we show that the employment of orbital angular momentum states eliminates the need for entangled state measurements, whose implementation is resource-intensive. We believe that this study opens up a possibility for designing several quantum information processing tasks in which multidimensional OAM states act as an indispensable resource.
• Abstract（参考訳）: 量子鍵分布プロトコルは多次元交絡および分離可能な軌道角運動量状態(Phys. A 97, 032312 (2018), Int. J. Theor. Phys. 62, 104 (2023)]を用いた層状ネットワークのために設計されている。 安全な量子通信タスクの文脈では、軌道角運動量状態は単に代替物として振る舞うのか、あるいは必要不可欠な資源として振舞うのか? まず、層状ネットワークにおける量子鍵分布のタスクは、偏光量子ビットのような低次元状態のいくつかのコピーで達成できることを示す。 このため、軌道角運動量状態は層状量子鍵分布に固有の優位性を与えない。 OAM状態の可能性は、鍵発生率の増大と量子通信タスクの統合化に現れ、本稿で紹介する。 これらのタスクは、高次元のOAM絡み合った状態でのみ実装できる。 実際、軌道角運動量状態の雇用は、リソース集約型である絡み合った状態測定の必要性をなくすことを示している。 本研究は,多次元oam状態が不可欠な資源として機能する複数の量子情報処理タスクを設計する可能性を開くものである。

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