論文の概要: Contextuality sans incompatibility in the simplest scenario: Communication supremacy of a qubit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.09534v1
• Date: Wed, 12 Mar 2025 16:50:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-13 15:35:38.484014
• Title: Contextuality sans incompatibility in the simplest scenario: Communication supremacy of a qubit
• Title（参考訳）: 最も単純なシナリオにおける文脈性は相容れない:キュービットの通信優位性
• Authors: Partha Patra, Sumit Mukherjee, A. K. Pan,
• Abstract要約: 本稿では,準備に関する具体的な制約を含む,二者間による準備対応型コミュニケーションゲームを紹介する。 最も単純な測定シナリオでは、文脈性は相容れないことが示され、3段階の量子ビット測定しか必要としない。 これは、前述の5-outcome qubit 測定とは対照的であり、5つの3-outcome qubit 測定の適切な凸混合でシミュレートできる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.2530496464901106
• License:
• Abstract: Conventional wisdom asserts that measurement incompatibility is necessary for revealing the non-locality and contextuality. In contrast, a recent work [Phys. Rev. Lett. 130, 230201 (2023)] demonstrates the generalized contextuality without measurement incompatibility by using a five-outcome qubit measurement. In this paper, we introduce a two-party prepare-measure communication game involving specific constraints on preparations, and we demonstrate contextuality sans incompatibility in the simplest measurement scenario, requiring only a three-outcome qubit measurement. This is in contrast to the aforementioned five-outcome qubit measurement, which can be simulated by an appropriate convex mixture of five three-outcome incompatible qubit measurements. Furthermore, we illustrate that our result has a prominent implication in information theory. Our communication game can be perceived as a constrained Holevo scenario, as operational restrictions are imposed on preparations. We show that the maximum success probability of the game by using a qubit surpasses that attainable by a c-bit, even when shared randomness is a free resource. Consequently, this finding exemplifies the supremacy of a qubit over a c-bit within a constrained Holevo framework. Thus, alongside offering fresh insights into quantum foundations, our results pave a novel pathway for exploring the efficacy of a qubit in information processing tasks.
• Abstract（参考訳）: 従来の知恵は、非局所性と文脈性を明らかにするためには、測定の不整合性が必要であると主張している。 対照的に、最近の研究 (Phys. Lett. 130, 230201 (2023)) では、5-outcome qubit 測定を用いて不整合性を測定することなく一般化された文脈性を実証している。 本稿では,準備に特定の制約を伴い,最も単純な測定シナリオにおいて文脈整合性が不整合性を証明し,三段階のキュービット計測しか必要としない2党間準備通信ゲームを提案する。 これは、前述の5-outcome qubit 測定とは対照的であり、5つの3-outcome qubit 測定の適切な凸混合でシミュレートできる。 さらに,この結果が情報理論に顕著な影響を及ぼすことを示す。 我々の通信ゲームは、準備に運用上の制約が課されるため、制約されたホレボシナリオとみなすことができる。 我々は,共有ランダム性が自由資源である場合でも,キュービットを用いたゲームの成功確率が,cビットで達成可能な確率を超えることを示す。 したがって、この発見は制約付きホレボフレームワーク内のcビット上のキュービットの優越性を実証する。 したがって、量子基礎に関する新たな知見を提供するとともに、情報処理タスクにおける量子ビットの有効性を探求するための新たな経路を開拓する。

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