論文の概要: Single shot distinguishability of noisy quantum channels

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.05521v1
• Date: Thu, 05 Feb 2026 10:28:28 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-06 18:49:08.883778
• Title: Single shot distinguishability of noisy quantum channels
• Title（参考訳）: ノイズ量子チャネルの単一ショット識別性
• Authors: Satyaki Manna,
• Abstract要約: 単一系プローブと絡み合ったプローブの2つの異なるクラスを用いて、2つのノイズのある量子チャネルを単発で識別することに焦点を当てる。 最大エンタングルドプローブは2つの量子ビット非偏極チャネルを識別するのに最適であり、非ゼロエンタングルメントは単一系プローブよりも有利であることを示す。 クビット振幅減衰チャネルでは、単一系プローブが最大絡み合ったプローブと逆反転器より優れたノイズ依存型レギュレーションを識別する。
• 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: Among the intriguing features of quantum theory, the problem of distinguishing quantum channels is of fundamental interest. In this paper, we focus on the single-shot discrimination of two noisy quantum channels using two distinct classes of probes: single-system (product) probes and entangled probes. Our aim is to identify optimal probing state for specific discrimination tasks and to analyze the necessity and role of entanglement in enhancing channel distinguishability. We show that maximally entangled probes are optimal for discriminating two qubit depolarizing channels, with any nonzero entanglement providing an advantage over single-system probes. In contrast, for dephasing channels in arbitrary dimensions, we prove that single-system probe can be optimal and that entanglement offers no improvement, even when the dephasing unitary is generalized. For qubit amplitude-damping channels, we identify distinct noise-dependent regimes in which either single-system probe outperforms maximally entangled probes and vice-versa. Moreover, we demonstrate that non-maximally entangled probes can act as the optimum probe if the noise parameters restricted to certain values in this task. We also present examples of noisy unitary channels for which discrimination is possible using non-maximally entangled probe, while both single-systems and maximally entangled probes fail. We introduce another class of noisy unitary channels for which perfect discrimination is achievable with a single system, while maximally entangled probes are insufficient. Finally, we show that two erasure channels can be optimally discriminated using any pure single-system probe, with no advantage gained from entanglement.
• Abstract（参考訳）: 量子論の興味深い特徴の中で、量子チャネルを区別する問題は基本的な関心事である。 本稿では、単一系(生成物)プローブと絡み合ったプローブという2つの異なる種類のプローブを用いて、2つのノイズのある量子チャネルを単発で識別することに焦点を当てる。 本研究の目的は,特定の識別タスクに対する最適な探索状態を特定し,チャネルの識別可能性を高める上での絡み合いの必要性と役割を分析することである。 最大エンタングルドプローブは2つの量子ビット非偏極チャネルを識別するのに最適であり、非ゼロエンタングルメントは単一系プローブよりも有利であることを示す。 対照的に、任意の次元のチャンネルをデフォーカスする場合、単一システムプローブは最適であり、デフォーカスユニタリが一般化された場合でも、絡み合いは改善しない。 クビット振幅減衰チャネルでは、単一系プローブが最大絡み合ったプローブと逆反転器より優れたノイズ依存型レギュレーションを識別する。 さらに、雑音パラメータがタスクの特定の値に制限された場合、非最大エンタングルプローブが最適プローブとして機能することを示す。 また、単一系と最大絡み合うプローブの両方がフェールする一方、非最大絡み合うプローブを用いて識別が可能となるノイズのあるユニタリチャネルの例を示す。 完全識別が単一システムで達成でき、最大絡み合うプローブが不十分な、ノイズの多いユニタリチャネルも導入する。 最後に,2つの消去チャネルを任意の単一システムプローブを用いて最適に識別できることを示す。

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