論文の概要: A computational test of quantum contextuality, and even simpler proofs of quantumness

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.06787v2
• Date: Mon, 28 Oct 2024 03:45:35 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-29 12:14:18.884425
• Title: A computational test of quantum contextuality, and even simpler proofs of quantumness
• Title（参考訳）: 量子文脈性の計算テストと、さらに単純な量子性の証明
• Authors: Atul Singh Arora, Kishor Bharti, Alexandru Cojocaru, Andrea Coladangelo,
• Abstract要約: 任意の文脈性ゲームは、単一の量子デバイスを含む運用上の「文脈性テスト」にコンパイル可能であることを示す。 我々の研究は、暗号を用いて単一の量子デバイスのサブシステム内で空間分離を強制すると見なすことができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 43.25018099464869
• License:
• Abstract: Bell non-locality is a fundamental feature of quantum mechanics whereby measurements performed on "spatially separated" quantum systems can exhibit correlations that cannot be understood as revealing predetermined values. This is a special case of the more general phenomenon of "quantum contextuality", which says that such correlations can occur even when the measurements are not necessarily on separate quantum systems, but are merely "compatible" (i.e. commuting). Crucially, while any non-local game yields an experiment that demonstrates quantum advantage by leveraging the "spatial separation" of two or more devices (and in fact several such demonstrations have been conducted successfully in recent years), the same is not true for quantum contextuality: finding the contextuality analogue of such an experiment is arguably one of the central open questions in the foundations of quantum mechanics. In this work, we show that an arbitrary contextuality game can be compiled into an operational "test of contextuality" involving a single quantum device, by only making the assumption that the device is computationally bounded. Our work is inspired by the recent work of Kalai et al. (STOC '23) that converts any non-local game into a classical test of quantum advantage with a single device. The central idea in their work is to use cryptography to enforce spatial separation within subsystems of a single quantum device. Our work can be seen as using cryptography to enforce "temporal separation", i.e. to restrict communication between sequential measurements. Beyond contextuality, we employ our ideas to design a "proof of quantumness" that, to the best of our knowledge, is arguably even simpler than the ones proposed in the literature so far.
• Abstract（参考訳）: ベル非局所性(英: Bell non-locality)は、量子力学の基本的な特徴であり、"空間的に分離された"量子システム上で測定された値は、所定の値を明らかにすることが理解できない相関を示すことができる。 これは「量子文脈性(quantum contextuality)」というより一般的な現象の特別な場合であり、そのような相関は、測定が必ずしも別の量子系上ではなく単に「互換」(すなわち可換性)である場合でも生じる。 重要なことに、どの非局所ゲームでも、2つ以上のデバイスの「空間的分離」を活用することで量子上の優位性を示す実験(実際、近年はいくつかの実験が成功している)が得られているが、これは量子文脈性には当てはまらない:そのような実験の文脈性類似性を見つけることは、量子力学の基礎における中心的なオープンな問題の一つである。 本研究では,任意の文脈性ゲームが単一量子デバイスを含む操作的「文脈性テスト」にコンパイル可能であることを示す。 我々の研究はKalai et al(STOC '23)の最近の研究に触発され、任意の非ローカルゲームが単一のデバイスで古典的な量子優位性テストに変換される。 彼らの研究の中心的な考え方は、暗号を使って単一の量子デバイスのサブシステム内で空間的分離を強制することである。 我々の研究は、暗号を用いて「時間的分離」、すなわちシーケンシャルな測定間の通信を制限していると見なすことができる。 文脈性を超えて、我々は「量子性の保護」を設計するために、我々の知識の限りなく、これまでの文献で提案されているものよりも間違いなくシンプルである、という考え方を採用しています。

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