CIF: Small: Resource Theories of Quantum Channels

CIF:小:量子通道的资源理论

基本信息

  • 批准号:
    2315398
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 42.66万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-01-01 至 2024-02-29
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Quantum information science is based on the science of 'entanglement', where the quantum states of two or more objects have to be described with reference to each other, even though the individual objects are spatially separated. Despite being identified nearly a century ago, much is not understood regarding the relationship between the resources in a quantum system and the level of entanglement that can be achieved. This project seeks to answer some fundamental questions in the resource theory of entanglement for quantum channels. How much entanglement is required to prepare a quantum state or to simulate a quantum channel? How much entanglement can one distill from these same resources? How many "magic quantum states" are required to perform a given quantum computation? How much "non-Gaussianity" is required to achieve a quantum advantage in communication over quantum channels? How distinguishable are two quantum states or channels? The questions that this project addresses are of particular interest for the many applications of quantum information processing, such as solving computationally hard problems and enabling secure and covert communications. The project will also train an inter-disciplinary cadre of students in this domain through extensive education and curriculum development activities. This project will address foundational questions concerning resource theories of quantum channels. The traditional perspective in quantum resource theories concerns how to use free operations to convert one resourceful quantum state to another one. For example, a fundamental and well known question in entanglement theory is to determine the distillable entanglement of a bipartite state, which is equal to the maximum rate at which fresh Bell states can be distilled from many copies of a given bipartite state by employing local operations and classical communication for free. It is the aim of this research project to take this kind of question to the next level, with the main question being: What is the best way of using free channels to convert one resourceful quantum channel to another? The project seeks to identify measures of entanglement for quantum channels that allow for addressing the above questions while being efficiently computable, and also to understand dynamical processes in other resource theories, such as magic states and channels, distinguishability, purity, thermodynamics, non-Gaussianity, etc.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
量子信息科学基于“纠缠”科学,其中两个或多个物体的量子态必须相互参考来描述,即使各个物体在空间上是分离的。尽管在近一个世纪前就已被识别出来,但对于量子系统中的资源与可实现的纠缠水平之间的关系,人们仍知之甚少。该项目旨在回答量子通道纠缠资源理论中的一些基本问题。准备量子态或模拟量子通道需要多少纠缠?从这些相同的资源中可以提炼出多少纠缠?执行给定的量子计算需要多少“神奇的量子态”?需要多少“非高斯性”才能在量子信道通信中实现量子优势?两个量子态或通道有多大区别?该项目解决的问题对于量子信息处理的许多应用特别感兴趣,例如解决计算难题以及实现安全和隐蔽的通信。该项目还将通过广泛的教育和课程开发活动,培养该领域跨学科的学生骨干队伍。该项目将解决有关量子通道资源理论的基本问题。量子资源理论的传统观点涉及如何使用自由运算将一种资源丰富的量子态转换为另一种量子态。例如,纠缠理论中的一个基本且众所周知的问题是确定二分态的可蒸馏纠缠,它等于通过免费使用局部操作和经典通信从给定二分态的许多副本中蒸馏出新鲜贝尔态的最大速率。该研究项目的目的是将此类问题提升到一个新的水平,主要问题是:使用自由通道将一个资源丰富的量子通道转换为另一个通道的最佳方法是什么?该项目旨在确定量子通道的纠缠测量方法,以便在有效计算的同时解决上述问题,并理解其他资源理论中的动态过程,例如魔态和通道、可区分性、纯度、热力学、非高斯性等。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查进行评估,被认为值得支持 标准。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Quantum mixed state compiling
  • DOI:
    10.1088/2058-9565/acc4e3
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Nic Ezzell;E. Ball;Aliza U. Siddiqui;M. Wilde;A. Sornborger;Patrick J. Coles;Zoe Holmes
  • 通讯作者:
    Nic Ezzell;E. Ball;Aliza U. Siddiqui;M. Wilde;A. Sornborger;Patrick J. Coles;Zoe Holmes
Overcoming entropic limitations on asymptotic state transformations through probabilistic protocols
  • DOI:
    10.1103/physreva.107.042401
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Bartosz Regula;Ludovico Lami;M. Wilde
  • 通讯作者:
    Bartosz Regula;Ludovico Lami;M. Wilde
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Holdsworth, Tharon;Singh, Vishal;Wilde, Mark M.
  • 通讯作者:
    Wilde, Mark M.
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    LaBorde, Margarite L.;Wilde, Mark M.
  • 通讯作者:
    Wilde, Mark M.
Cycle index polynomials and generalized quantum separability tests
  • DOI:
    10.1098/rspa.2022.0733
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zachary P. Bradshaw;Margarite L. LaBorde;M. Wilde
  • 通讯作者:
    Zachary P. Bradshaw;Margarite L. LaBorde;M. Wilde
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知道了