論文の概要: Device-independent certification of desirable properties with a confidence interval

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.06627v3
• Date: Thu, 07 Nov 2024 06:24:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-09 00:48:53.900911
• Title: Device-independent certification of desirable properties with a confidence interval
• Title（参考訳）: 信頼区間を有する望ましい特性のデバイス非依存認証
• Authors: Wan-Guan Chang, Kai-Chun Chen, Kai-Siang Chen, Shin-Liang Chen, Yeong-Cherng Liang,
• Abstract要約: 厳密なデバイスに依存しない認証のための汎用的なソリューションを提供する。 PBRプロトコルとマーチンゲールベースのプロトコルがよく似た性能を示す。 また,マルティンゲールに基づくプロトコルの性能は,目撃者の選択に大きく影響している可能性が示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: In the development of quantum technologies, a reliable means for characterizing quantum devices is crucial. However, the conventional approach based on, e.g., quantum state tomography or process tomography relies on assumptions often not necessarily justifiable in a realistic experimental setting. While the device-independent approach to this problem bypasses the shortcomings above by making only minimal, justifiable assumptions, most of the theoretical proposals to date only work in the idealized setting where i.i.d. trials are assumed. Here, we provide a versatile solution for rigorous device-independent certification that does not rely on the i.i.d. assumption. Specifically, we describe how the prediction-based-ratio (PBR) protocol and martingale-based protocol developed for hypothesis testing can be applied in the present context to achieve a device-independent certification of desirable properties with confidence interval. To illustrate the versatility of these methods, we demonstrate how we can use them to certify, with finite data, the underlying negativity, Hilbert space dimension, entanglement depth, and fidelity to some target pure state. In particular, we give examples showing how the amount of certifiable negativity and fidelity scales with the number of trials, and how many experimental trials one needs to certify a qutrit state space, or the presence of genuine tripartite entanglement. Overall, we have found that the PBR protocol and the martingale-based protocol often offer similar performance, even though the former does have to presuppose any witness. In contrast, our findings also show that the performance of the martingale-based protocol may be severely affected by one's choice of the witness. Intriguingly, a witness useful for self-testing does not necessarily give the optimal confidence-gain rate for certifying the fidelity to the corresponding target state.
• Abstract（参考訳）: 量子技術の発展において、量子デバイスを特徴付ける信頼性の高い手段が不可欠である。 しかし、例えば量子状態トモグラフィーやプロセストモグラフィーに基づく従来のアプローチは、現実的な実験環境では必ずしも正当化できない仮定に依存している。 この問題に対するデバイス非依存のアプローチは、最小限の正当化可能な仮定をすることで上記の欠点を回避しているが、これまでの理論的な提案のほとんどは、i.d.トライアルが仮定される理想化された環境でのみ機能する。 ここでは、厳密なデバイス非依存の証明に対して、i.d.仮定に依存しない汎用的なソリューションを提供する。 具体的には、仮説テストのために開発された予測ベース比(PBR)プロトコルとマーチンゲールベースのプロトコルを、現在の文脈で適用して、信頼区間を持つ望ましい特性のデバイス非依存の認証を実現する方法について述べる。 これらの手法の汎用性を説明するために、有限データ、基礎となる負性性、ヒルベルト空間次元、絡み合い深さ、目的とする純状態への忠実性などを用いて証明する方法を実証する。 特に、証明可能な負性率と忠実度が試行回数とともにどのようにスケールするか、また、立方体状態空間の認定に必要な実験的な試行回数、または真の三部体絡みの有無を示す例を挙げる。 全体として、PBRプロトコルとマーチンゲールベースのプロトコルは、前者が目撃者を前提にしているにも関わらず、しばしば同様のパフォーマンスを提供することがわかった。 対照的に,マルティンゲールに基づくプロトコルの性能は,目撃者の選択に大きく影響している可能性が示唆された。 興味深いことに、自己検査に有用な証人は必ずしも、その正当性を対応する目標状態に認定する最適な信任率を与えるとは限らない。

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