論文の概要: Entanglement gain in supercatalytic state transformations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.22413v1
• Date: Thu, 27 Nov 2025 12:46:21 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-01 19:47:55.567483
• Title: Entanglement gain in supercatalytic state transformations
• Title（参考訳）: 超触媒状態変換におけるエンタングルメントゲイン
• Authors: Guillermo Díez-Pastor, Julio I. de Vicente,
• Abstract要約: 触媒は、追加の状態を共有することによって、そうでなければ不可能な局所状態変換を実行する可能性を指す。 超触媒反応(Supercatalysis)と呼ばれる強力な触媒があり、この触媒は強化された形で還元される。 本稿では,プロトコルの性能を定量化する[0,1]の値を取るメリットの図式として,超触媒的絡み合いゲインを紹介する。
• 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: Catalysis refers to the possibility of performing an otherwise impossible local state transformation by sharing an additional state, i.e. a catalyst, which is returned at the end of the protocol. There is a stronger version, known as supercatalysis, in which the borrowed catalyst is returned in an enhanced form, i.e. more entangled. However, this phenomenon has remained little explored. In this work we introduce the supercatalytic entanglement gain as a figure of merit taking values in [0,1] that quantifies the performance of the protocol (with 0 corresponding to the standard case of catalysis and 1 representing the maximal possible gain) and we study in which cases it can be greater than zero and which strategies can maximize it. While it turns out that every catalytic transformation can be implemented in a supercatalytic fashion with entanglement gain equal to 1 if the state that is borrowed is chosen appropriately, other choices can make the gain strictly less than 1 and even 0. In fact, we prove that a large class of catalytic transformations are not fully supercatalyzable, i.e. there is at least one choice of catalyst for which the entanglement gain vanishes. On the other hand, the construction that shows that supercatalysis is always possible with maximal gain uses artificially highly entangled catalysts. For this reason, we also study minimal supercatalysis, where the entanglement content of the borrowed state is constrained in a precise and natural way. While we consider a scenario where we prove it is impossible to have entanglement gain equal to 1 in this case, we show that there exist minimal supercatalytic transformations with gain as close to 1 as desired. We also explore several examples and observe that, although choosing a catalyst with the least possible entanglement is often an optimal strategy for minimal supercatalysis, this is not necessarily always the case.
• Abstract（参考訳）: 触媒は、追加の状態、すなわちプロトコルの最後に返される触媒を共有することによって、そうでなければ不可能な局所状態変換を実行する可能性を指す。 超触媒反応(Supercatalysis)と呼ばれるより強いバージョンがあり、触媒は強化された形で、すなわちより絡み合った形で返される。 しかし、この現象はほとんど探索されていない。 本稿では,このプロトコルの性能を定量化する[0,1]において,超触媒エンタングルメントゲイン(超触媒エンタングルメントゲイン)を導入する。 任意の触媒変換を超触媒的に実施でき、もし借りた状態が適切に選択されたら、絡み合いが1に等しくなるが、他の選択は利得を1と0より厳密に小さくすることができる。 実際、触媒変換の大規模なクラスは、完全に超触媒的ではないこと、すなわち、絡み合いが消える触媒の選択が少なくとも1つ存在することを証明している。 一方、超触媒が最大ゲインで常に可能であることを示す構造は、人工的に高い絡み合った触媒を用いる。 この理由から, 借りた状態の絡み合い内容が, 正確かつ自然な方法で拘束されるような, 極小超触媒反応についても検討した。 この場合、絡み合いが 1 に等しくなることが証明できないシナリオを考えるが、所望の 1 に近づいた極小超触媒変換が存在することを示す。 また、いくつかの例を探索し、最も可能性の低い触媒を選択することは、しばしば最小限の超触媒反応の最適戦略であるが、必ずしもそうであるとは限らないことを観察する。

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