論文の概要: Topology-independent quantum advantage in communication networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.04734v1
• Date: Sat, 03 Oct 2026 19:52:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-11 17:21:39.290504
• Title: Topology-independent quantum advantage in communication networks
• Title（参考訳）: 通信ネットワークにおける位相非依存の量子優位性
• Abstract要約: 量子通信は、様々な情報処理タスクにおいて古典的なコミュニケーションより優れている。 我々は、量子プロトコルがすべての古典的プロトコルより優れているトポロジ非依存の量子優位性を導入する。 本研究は,通信ネットワークにおける量子アドバンテージの真かつ堅牢な形態としてトポロジ独立性を確立した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5872014229110214
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum communication can outperform classical communication in a variety of information-processing tasks, but such advantages are typically established for a fixed communication network. Here we introduce topology-independent quantum advantage, in which a quantum protocol outperforms every classical protocol subject to the same communication constraint, irrespective of how the classical communication resource is distributed among the parties or which communication topology is employed, even when the parties may share unlimited classical randomness. We first demonstrate this phenomenon through a simple three-party equality task: two senders receive ternary classical inputs, while an input-free receiver determines whether the inputs are equal. We then formulate a general framework for topology-independent communication and completely characterize the corresponding classical correlation polytope in the minimal three-party scenario. Its facet inequalities reveal several instances of topology-independent quantum advantage. Remarkably, one of these inequalities enables the semi-device-independent certification of a nonunitary quantum channel, while another certifies a sequential quantum network topology without any prior assumption about the network configuration. Finally, we extend the framework to four-party networks, characterize the relevant classical communication structures, and identify a communication task exhibiting quantum advantages against all admissible classical topologies. Our results establish topology independence as a genuine and robust form of quantum advantage in communication networks.
• Abstract（参考訳）: 量子通信は、様々な情報処理タスクにおいて古典的な通信よりも優れているが、そのような利点は固定的な通信ネットワークにおいて確立されている。 ここでは,古典的通信資源が当事者間でどのように分散されているか,あるいはどの通信トポロジが使用されているかに関わらず,量子プロトコルが同じ通信制約を受けるすべての古典的プロトコルより優れているという,トポロジに依存しない量子優位性を紹介する。 入力不要の受信機が入力が等しいかどうかを判断するのに対し、2つの送信機は3次古典的な入力を受け取ります。 次に、トポロジ非依存通信のための一般的な枠組みを定式化し、対応する古典的相関ポリトープを最小3次元シナリオで完全に特徴付ける。 その面の不等式は、トポロジーに依存しない量子優位性のいくつかの例を示す。 注目すべきは、これらの不等式のうちの1つは、半デバイスに依存しない非一意的な量子チャネルの認証を可能にし、もう1つは、ネットワーク構成に関する事前の仮定なしに、シーケンシャルな量子ネットワークトポロジーを認定する。 最後に、このフレームワークを4つのネットワークに拡張し、関連する古典的通信構造を特徴付けるとともに、全ての古典的トポロジに対する量子的アドバンテージを示す通信タスクを特定する。 本研究は,通信ネットワークにおける量子アドバンテージの真かつ堅牢な形態としてトポロジ独立性を確立した。

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