論文の概要: Resource-Efficient Teleportation of High-Dimensional Quantum Coherence via Initial Phase Engineering
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.11869v1
- Date: Thu, 12 Feb 2026 12:19:23 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-13 21:07:25.800952
- Title: Resource-Efficient Teleportation of High-Dimensional Quantum Coherence via Initial Phase Engineering
- Title（参考訳）: 第一相工学による高次元量子コヒーレンスの資源効率テレポーテーション
- Authors: Long Huang, Cai-Hong Liao, Yan-Ling Li, Xing Xiao,
- Abstract要約: 高次元量子システムは拡張ヒルベルト空間を利用して、デコヒーレンスやノイズに対するレジリエンスを高める。
本研究では,資源効率の高い高次元コヒーレンス・テレポーテーションプロトコルを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.069284513073306
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: High-dimensional quantum systems leverage an expanded Hilbert space to enhance resilience against decoherence and noise. However, standard quantum teleportation is fundamentally limited by the quadratic growth of measurement complexity and high classical communication overhead, requiring the resolution of $d^2$ Bell states and $2\log_2 d$ classical bits. In this study, we propose a resource-efficient high-dimensional coherence teleportation (REHDCT) protocol. By designing $d$ sets of specialized positive operator-valued measure (POVM) bases, our protocol achieves a 50\% reduction in classical communication by utilizing one of the $d$ designed POVM sets, which effectively scales the measurement complexity from $O(d^2)$ to $O(d)$. Furthermore, we demonstrate that by utilizing initial phase engineering to align the target qudit with the measurement basis, theoretically perfect teleportation of quantum coherence can be achieved for arbitrary qudit states. A quantitative robustness analysis reveals that the protocol remains highly resilient to operational errors, maintaining an efficiency above 99.6\% even under a 0.1 rad phase deviation for $d=16$. Our analysis under various noise models (amplitude damping, phase flip, depolarizing, and dit-flip) confirms that high-dimensional systems exhibit an expanding quantum advantage window as dimensionality increases. Notably, under dit-flip noise, perfect coherence teleportation can be restored through the optimal selection of the POVM basis. These findings establish REHDCT as a practical, hardware-friendly framework for resource-efficient quantum communication in future high-dimensional networks.
- Abstract（参考訳）: 高次元量子システムは拡張ヒルベルト空間を利用して、デコヒーレンスやノイズに対するレジリエンスを高める。
しかし、標準量子テレポーテーションは、測定複雑性の二次的な成長と古典的な通信オーバーヘッドによって基本的に制限され、$d^2$ベル状態と$2\log_2 d$古典的ビットの分解能を必要とする。
本研究では,資源効率の高い高次元コヒーレンス・テレポーテーション(REHDCT)プロトコルを提案する。
特殊正の演算子値(POVM)基底の$d$セットを設計することにより、このプロトコルは、$d$設計されたPOVMセットの1つを利用することで、古典的な通信の50%削減を実現し、測定複雑性を$O(d^2)$から$O(d)$に効果的にスケールする。
さらに,初期位相工学を用いて目標キュウトを測定基準に整合させることにより,任意のキュウト状態に対して理論的に完全な完全コヒーレンスを伝送できることを実証した。
定量的ロバスト性分析により、このプロトコルは運用上のエラーに対して高い耐性を持ち、d=16$の0.1 rad位相偏差の下でも効率が99.6\%以上維持されていることが明らかになった。
様々なノイズモデル (振幅減衰, 位相反転, 分極, ディットフリップ) による解析により, 次元が増加するにつれて高次元系が量子アドバンテージウインドウを拡大することを確認した。
特に、ディットフリップノイズの下では、POVMベースを最適に選択することで完全コヒーレンス・テレポーテーションを復元することができる。
これらの知見は、将来の高次元ネットワークにおける資源効率な量子通信のための実用的でハードウェアフレンドリーなフレームワークとしてREHDCTを確立している。
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