論文の概要: Quantifying Coherence-to-Entanglement Conversion Efficiency under Noisy Operations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.16916v1
- Date: Mon, 15 Jun 2026 16:23:27 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-16 16:21:34.76253
- Title: Quantifying Coherence-to-Entanglement Conversion Efficiency under Noisy Operations
- Title（参考訳）: 雑音下でのコヒーレンスと絡み合いの変換効率の定量化
- Authors: Asad Ali, H. Kuniyil, M. I. Hussain, M. T. Rahim, Abdallah Slaoui, Saif Al-Kuwari,
- Abstract要約: 最小2量子ビットプロトコルにおける局所量子コヒーレンスの雑音-制限変換について検討する。
最大コヒーレント入力は、CNOTプロトコルが生成する絡み合いを最大化するだけでなく、非偏極雑音に対するロバスト性を最適化することを示した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9051352746190449
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We investigate the noise-limited conversion of local quantum coherence into bipartite entanglement in a minimal two-qubit protocol comprising a coherent single-qubit input, an incoherent ancilla, an ideal CNOT operation, and subsequent environmental noise. Employing the $l_1$-norm of coherence and the entanglement negativity as resource quantifiers, we establish an exact closed-form correspondence between local single-qubit input coherence and the two-qubit entanglement generated in the noiseless limit, showing that the output negativity is precisely one half of the initial $l_1$-coherence. We then derive analytic expressions for the surviving entanglement and the associated coherence-to-entanglement conversion efficiency under two representative noise mechanisms: independent phase damping and global two-qubit depolarizing noise. The two channels exhibit qualitatively distinct degradation behavior. Phase damping induces a universal multiplicative suppression of the generated entanglement, yielding a coherence-independent conversion efficiency and no finite-noise entanglement sudden death. In contrast, global depolarization introduces an isotropic mixing contribution that shifts the partial-transpose spectrum, producing coherence-dependent degradation and a finite sudden-death threshold. We show that maximally coherent inputs not only maximize the entanglement generated by the CNOT protocol but also optimize its robustness against depolarizing noise. Direct density-matrix simulations validate the analytic results to numerical precision. These findings provide a compact analytic benchmark for assessing how different noise mechanisms constrain coherence-to-entanglement conversion in elementary quantum-information protocols and near-term quantum devices.
- Abstract（参考訳）: 我々は、コヒーレント単一量子ビット入力、非コヒーレントアンシラ、理想的なCNOT演算、およびその後の環境雑音を含む最小2量子ビットプロトコルにおいて、局所的な量子コヒーレンスをバイパルタイト絡みに雑音限定変換する。
資源定量化器として$l_1$-normのコヒーレンスと絡み合わさったネガティリティを用いて、雑音のない極限で生成される2量子入力コヒーレンスと2量子入力コヒーレンスとの正確な閉形式対応を確立し、出力ネガティリティが初期$l_1$-コヒーレンスの半分であることを示す。
次に、独立位相減衰と大域的2ビット非偏極雑音という2つの代表的なノイズメカニズムの下で、残絡と関連するコヒーレンス-絡み合い変換効率の解析式を導出する。
2つのチャネルは質的に異なる劣化挙動を示す。
位相減衰は生成した絡み合いの普遍的乗法的抑制を誘導し、コヒーレンス非依存的な変換効率と有限ノイズ絡みの突然の死をもたらす。
対照的に、大域的脱分極は、部分転移スペクトルをシフトさせ、コヒーレンス依存性の劣化と有限の急死しきい値を引き起こす等方混合寄与を導入する。
最大コヒーレント入力は、CNOTプロトコルが生成する絡み合いを最大化するだけでなく、非偏極雑音に対するロバスト性を最適化することを示した。
直接密度行列シミュレーションは解析結果を数値精度で検証する。
これらの知見は,基本量子情報プロトコルと近距離量子デバイスにおいて,ノイズ機構の違いがコヒーレンスと絡み合いの変換をいかに制約するかを評価するための,コンパクトな解析ベンチマークを提供する。
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