論文の概要: Catalytic Enhancement of Coherence Fraction in Noisy Quantum Channels and Characterization of Strictly Incoherent Operations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.24291v1
- Date: Mon, 27 Apr 2026 10:24:25 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-28 17:12:07.89994
- Title: Catalytic Enhancement of Coherence Fraction in Noisy Quantum Channels and Characterization of Strictly Incoherent Operations
- Title（参考訳）: ノイズ量子チャネルにおけるコヒーレンス分断の触媒的促進と厳密な非コヒーレント操作の特性評価
- Authors: Priyabrata Char, Dipayan Chakraborty, Indrani Chattopadhyay, Debasis Sarkar,
- Abstract要約: 本稿では,入力状態を前処理して量子チャネルからの出力状態のコヒーレンス分率を高めることができるかを検討する。
本研究は,ノイズ量子プロセスにおけるコヒーレンス保存と強化に関する実用的な知見を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: In realistic quantum information processing tasks, quantum states are inevitably affected by environmental noise, leading to decoherence and degradation of useful quantum resources. The coherence fraction, which serves as an important figure of merit for several quantum protocols, may decrease significantly after the action of a noisy channel. Such degradation can result in unsatisfactory performance in real-world applications. In this work, we investigate whether catalysis can be used to pre-process the input state to enhance the coherence fraction of an output state from a quantum channel. Specifically, we study whether using a processed state $ρ_s'$ as the input to a quantum channel $Λ$, instead of the original state $ρ_s$, can yield an output state $Λ(ρ_s')$ whose coherence fraction exceeds that of $Λ(ρ_s)$. We analyze the conditions under which such an improvement is possible. We also provide a practical application of our setup for the phase discrimination task. Furthermore, we establish a necessary and sufficient condition for an incoherent state preserving CPTP(Completely Positive Trace Preserving) map $\mathcal{E}$ to be a particular type of Strictly Incoherent Operation (SIO). This characterization provides a new structural understanding of SIO and clarifies its role in coherence manipulation. Our results offer practical insights into coherence preservation and enhancement in noisy quantum processes and may be useful for optimizing quantum information protocols under realistic conditions. We also provide numerical examples to support our claims.
- Abstract（参考訳）: 現実的な量子情報処理タスクでは、量子状態は必然的に環境ノイズの影響を受け、有用な量子資源のデコヒーレンスと劣化を引き起こす。
コヒーレンス分は、いくつかの量子プロトコルにおいて重要なメリットの指標となり、ノイズチャネルの作用によって著しく減少する。
このような劣化は、現実世界のアプリケーションで不満足なパフォーマンスをもたらす可能性がある。
本研究では, 量子チャネルからの出力状態のコヒーレンス率を高めるために, 触媒が入力状態の前処理に利用できるかどうかを検討する。
具体的には、処理された状態 $ρ_s'$ を元の状態 $ρ_s$ の代わりに量子チャネルの入力として使用することにより、コヒーレンス分が$ ρ(ρ_s)$ を超える出力状態 $ を生成できるかどうかを調査する。
このような改善が可能な条件を分析します。
また、位相判別タスクのための設定の実践的な応用も提供する。
さらに, CPTP(Completely Positive Trace Preserving) Map $\mathcal{E}$を, SIO(Strictly Incoherent Operation)の特定のタイプとするために必要な条件を確立する。
この特徴は、SIOの新たな構造的理解を提供し、コヒーレンス操作におけるその役割を明らかにする。
本研究は,実環境下での量子情報プロトコルの最適化に有用であると考えられる,コヒーレンス保存と雑音量子プロセスの強化に関する実用的な知見を提供する。
請求を裏付ける数値的な例も提示する。
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