論文の概要: Entanglement cost of realizing quantum processes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.10649v2
• Date: Sun, 22 Sep 2024 16:19:47 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-11-09 09:38:58.049827
• Title: Entanglement cost of realizing quantum processes
• Title（参考訳）: 量子過程の実現のための絡み合いコスト
• Authors: Xin Wang, Mingrui Jing, Chengkai Zhu,
• Abstract要約: 我々は、任意の量子プロセスを実現するのに必要な絡み合いの量を確実に推定する効率的な計算ツールを開発する。 我々のツールは、以前の方法の制限を超越して、政権内の幅広い量子状態の準備に必要な絡み合いに適用する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.086696108576776
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum entanglement, a peculiar connection between particles, underpins powerful technologies such as quantum computing and secure communication. However, quantifying the minimum entanglement required to prepare quantum states and implement quantum processes remains a significant challenge. We develop an efficiently computable tool that reliably estimates the amount of entanglement needed for realizing arbitrary quantum processes respecting certain physical principles. Our tool applies to the entanglement required to prepare a broad range of quantum states in the asymptotic regime, surpassing previous methods' limitations. We also confirm that entanglement, once consumed to realize the considered class of quantum operations, cannot be fully recovered, even asymptotically. This irreversible behavior is evident for full-rank entangled states and practically relevant amplitude damping channels, even under quantum operations that completely preserve the positivity of partial transpose. We showcase our approach's power through examples such as estimating entanglement requirements for realizing bipartite dephasing SWAP channels and solving Hamiltonian simulations under thermal interaction, highlighting its advantages over existing techniques. Our work provides a practical toolkit for benchmarking entanglement requirements for generic states and quantum dynamics, paving the way for assessing and optimizing the performances of quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: 量子絡み合い(quantum entanglement)は、量子コンピューティングやセキュアな通信といった強力な技術を支える粒子間の特異な接続である。 しかし、量子状態を作成し、量子プロセスを実装するのに必要な最小の絡み合いを定量化することは重要な課題である。 我々は、特定の物理原理を尊重する任意の量子過程を実現するのに必要な絡み合いの量を確実に推定する効率的な計算可能なツールを開発する。 我々のツールは、従来の方法の制限を超越して、漸近的状態における幅広い量子状態の準備に必要な絡み合いに適用する。 また、量子演算のクラスを考えるために一度消費された絡み合いが、漸近的にさえ完全に回復できないことも確認する。 この不可逆な振る舞いは、部分的転置の正当性を完全に保存する量子演算でさえも、フルランクの絡み合った状態と実質的に関連する振幅減衰チャネルに対して明らかである。 本稿では,SWAPチャネルの両分極化を実現するための絡み合い条件の推定や,熱相互作用下でのハミルトンシミュレーションの解法などの例を通して,我々のアプローチのパワーを実証する。 我々の研究は、一般的な状態と量子力学の絡み合い要求をベンチマークするための実用的なツールキットを提供し、量子技術の性能を評価し、最適化する方法を開拓する。

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