論文の概要: Absence of quantum Darwinism as a resource in secure quantum communication and computation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.03225v1
• Date: Fri, 03 Oct 2025 17:57:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-06 16:35:52.534887
• Title: Absence of quantum Darwinism as a resource in secure quantum communication and computation
• Title（参考訳）: セキュアな量子通信と計算のための資源としての量子ダーウィン主義の存在
• Authors: Bishal Kumar Das, Sourav Manna, Vaibhav Madhok,
• Abstract要約: 客観性の欠如は暗号における量子的優位性を示す。 マルチパーティ状態が対角線である局所基底の知識である、効率的な古典的シミュレーションアルゴリズムの重要な要素は、量子ダーウィン主義によって利用できる。
• 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: The emergence of classical world from underlying quantum mechanics is characterized by not only vanishing quantum correlations but also an unfolding of objectivity also known as quantum Darwinism. We show that the absence of this objectivity has a quantum advantage in cryptography and also provides the crucial missing link in efficient classical simulation of quantum circuits with zero discord. For this purpose, we consider a model of mixed state quantum computation where one is promised concordant states at all stages of the quantum circuit. A concordant quantum state has zero discord with respect to any part and there exists a basis made up of a tensor product of orthonormal local subsystem basis in which the density matrix is diagonal. Efficient classical simulation of concordant computation has surprisingly been an outstanding question in quantum information theory. We argue that a key ingredient of an efficient classical simulation algorithm, a knowledge of the local basis in which the multi-party state is diagonal, is made available by quantum Darwinism. Concordant states in the absence of quantum Darwinism cannot be efficiently simulated by existing methods and give a cryptographic advantage in communication. We show this by giving a protocol for secure quantum communication that exploits this insight. Our work also has implications for the quantum-classical border and we discuss how objectivity emerging out of Darwinism demarcates this border in three ways - empirical based on our observations and experience of objectivity, information theoretic due to the absence of any quantum correlations and lastly computational in the sense discussed above. Lastly, we show that the quantum-classical boundary as drawn by quantum Darwinism as well by what can be simulated efficiently in a mixed state quantum computation aligns with the boundary given by Hardy
• Abstract（参考訳）: 量子力学から古典世界の出現は、量子相関が消えるだけでなく、量子ダーウィン主義として知られる客観性の展開によって特徴づけられる。 この客観性の欠如は、暗号において量子的優位性を持ち、また、ゼロ不協和を持つ量子回路の効率的な古典的シミュレーションにおいて、重要な欠落リンクを提供する。 この目的のために、量子回路の全ての段階において、約束の一致状態を持つ混合状態量子計算のモデルを考える。 調和量子状態は任意の部分に対してゼロ不一致であり、密度行列が対角線である正則局所部分系基底のテンソル積からなる基底が存在する。 コーマント計算の効率的な古典的シミュレーションは、量子情報理論において驚くべき問題となっている。 マルチパーティ状態が対角的である局所基底の知識である効率的な古典的シミュレーションアルゴリズムの重要な要素は、量子ダーウィン主義によって利用可能である、と我々は主張する。 量子ダーウィン主義が存在しない状態は、既存の方法によって効率的にシミュレートすることができず、通信において暗号的優位性を与える。 この知見を生かしたセキュアな量子通信のためのプロトコルを提供することで、これを実証する。 我々の研究は、量子古典境界にも影響しており、ダーウィン主義から生じる客観性は、我々の観測と客観性の経験に基づく経験的、量子相関の欠如による情報理論、そして上述した意味における最後の計算の3つの方法で、どのようにしてこの境界を分離するかについて議論している。 最後に、量子ダーウィン主義によって引き起こされた量子古典境界が、混合状態の量子計算で効率的にシミュレートできることは、ハーディの与えられた境界と一致することを示す。

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