論文の概要: Quantum bounds and device-independent security with rank-one qubit measurements
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.13282v1
- Date: Mon, 17 Mar 2025 15:33:23 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-18 12:29:27.343969
- Title: Quantum bounds and device-independent security with rank-one qubit measurements
- Title（参考訳）: ランク1量子ビット測定による量子境界とデバイス非依存セキュリティ
- Authors: Lorenzo Coccia, Matteo Padovan, Andrea Pompermaier, Mattia Sabatini, Marco Avesani, Davide Giacomo Marangon, Paolo Villoresi, Giuseppe Vallone,
- Abstract要約: デバイス非依存(DI)量子プロトコルはベルの不等式違反を利用してセキュリティを確保したり、量子特性を認証する。
本研究では,DIシナリオにおけるランク1量子正の演算子評価尺度(POVM)の役割について検討する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Device-independent (DI) quantum protocols exploit Bell inequality violations to ensure security or certify quantum properties without making assumptions about the internal workings of the devices. In this work, we study the role of rank-one qubit positive operator-valued measures (POVMs) in DI scenarios. This class includes all qubit extremal POVMs, i.e., those measurements that cannot be realized by randomly choosing among others, as well as part of non-extremal POVMs, which have recently been shown to be useful for security applications in sequential quantum protocols. We demonstrate that any rank-one POVM can generate correlations in bipartite scenarios that saturate a Tsirelson inequality, i.e., a quantum bound on linear combinations of outcome statistics, when the two parties share an arbitrary entangled two-qubit state and some other self-tested measurements are performed. For extremal POVMs, such saturation allows for an explicit calculation of the guessing probability and the worst-case conditional von Neumann entropy. From the Tsirelson inequality, we establish a randomness certification method that facilitates numerical simulations and noise analysis. To test its feasibility, we performed a proof-of-concept experiment employing a three-outcome POVM on tilted entangled states under experimental non-idealities. We further explore the case of non-extremal POVMs, providing insights into their role in DI protocols.
- Abstract（参考訳）: デバイス非依存(DI)量子プロトコルはベルの不平等違反を利用して、デバイスの内部動作を仮定することなく、セキュリティを確保したり、量子特性を認証する。
本研究では、DIシナリオにおけるランク1量子正の演算子評価尺度(POVM)の役割について検討する。
このクラスは、全てのqubit extremal POVM、すなわち、ランダムに選択することで実現できない測定、および最近、シーケンシャル量子プロトコルのセキュリティアプリケーションに有用であることが示されている非エクストリームPOVMの一部を含む。
任意のランクワンPOVMは、Tsirelsonの不等式を飽和させる二部構成のシナリオ、すなわち、任意の絡み合った2量子ビット状態を共有し、他の自己試験された測定を行う場合の、結果統計の線形結合に基づく量子境界において相関を生成できることを実証する。
極端POVMの場合、そのような飽和は推測確率と最悪の条件付きフォン・ノイマンエントロピーの明示的な計算を可能にする。
Tsirelsonの不等式から,数値シミュレーションや雑音解析を容易にするランダム性証明法を確立する。
その実現可能性をテストするために,実験的非理想性の下で傾斜した絡み合った状態に対して,3値のPOVMを用いた概念実証実験を行った。
さらに、非極端のPOVMの場合について検討し、DIプロトコルにおけるそれらの役割について洞察を提供する。
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