論文の概要: All non-Gaussian states are advantageous for channel discrimination: Robustness of non-convex continuous variable quantum resources

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.13011v2
• Date: Fri, 19 Sep 2025 16:36:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-22 14:11:06.836451
• Title: All non-Gaussian states are advantageous for channel discrimination: Robustness of non-convex continuous variable quantum resources
• Title（参考訳）: すべての非ガウス状態はチャネル判別に有利である:非凸連続量子資源のロバスト性
• Authors: Leah Turner, Madalin Guta, Gerardo Adesso,
• Abstract要約: すべての非ガウス状態が、単にガウス状態の混合であるものであっても、ある種のチャネル識別タスクにおいて有利であることを示す。 この結果は、変数量子情報(非ガウス性資源理論)のキーケーススタディに適用する。
• 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: Which quantum phenomena are advantageous for information processing tasks? By classifying quantum states as resourceful versus non-resourceful, or free, the mathematical formalism of quantum resource theories helps to address such questions. For the task of discriminating channels applied to a probe state, it has been shown that under certain conditions -- namely, the set of free states being convex or finite dimensional -- every resourceful probe state can provide an advantage, quantified by a resource monotone known as generalized robustness. In this work, bypassing the limitations of previous studies, we define the generalized robustness for an arbitrary resource theory and show that it admits two operational interpretations. Firstly, it provides an upper bound on the maximal advantage in channel discrimination tasks implemented on multiple copies of the probe states. Secondly, in many physically relevant theories, it quantifies the advantage in single-copy channel discrimination tasks in a worst case scenario. We further present a general construction of multi-copy resource witnesses and provide practical methods to bound the generalized robustness in experiments. Finally, we apply our results to a key case study in continuous variable quantum information: the resource theory of non-Gaussianity. This theory is naturally defined by a set of free states (Gaussian states) that is non-convex and infinite-dimensional. Our work then shows conclusively that all non-Gaussian states can provide an advantage in some channel discrimination task, even those that are simply mixtures of Gaussian states and are typically disregarded for other quantum information tasks. To illustrate our findings, we provide exact formulas for the robustness of non-Gaussianity of Fock states, along with an analysis of the robustness for a family of non-Gaussian states within the convex hull of Gaussian states.
• Abstract（参考訳）: 情報処理タスクには、どの量子現象が有利か? 量子状態がリソースフルか非リソースフルか自由かを分類することで、量子資源理論の数学的形式主義はそのような問題に対処するのに役立つ。 プローブ状態に適用されたチャネルを識別するタスクでは、ある条件下では、凸あるいは有限次元の自由状態の集合は、すべての資源的なプローブ状態が、一般化ロバストネス(英語版)として知られるリソースモノトーンによって定量化される利点をもたらすことが示されている。 本研究では、従来の研究の限界を回避し、任意の資源理論に対する一般化されたロバスト性を定義し、それが2つの操作的解釈を持つことを示す。 まず、プローブ状態の複数のコピーに実装されたチャネル識別タスクにおいて、最大的優位性に上限を与える。 第二に、多くの物理的に関係する理論において、最悪の場合において、単一コピーチャネル識別タスクの利点を定量化する。 さらに,マルチコピー・リソース・目撃者の総合的な構築について述べるとともに,実験における汎用ロバスト性に縛り付けるための実践的な方法を提案する。 最後に、この結果を連続変数量子情報(非ガウス性資源理論)のキーケーススタディに適用する。 この理論は自然に非凸かつ無限次元の自由状態(ガウス状態)の集合によって定義される。 我々の研究は、ガウス状態以外の全ての状態が、単にガウス状態の混合であり、通常他の量子情報タスクには無視されているものであっても、何らかのチャネル識別タスクにおいて有利であることを示す。 この結果を説明するために、フォック状態の非ガウス性に対するロバスト性に関する正確な公式と、ガウス状態の凸内における非ガウス状態の族に対するロバスト性の解析を提供する。

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