Kontekstualność kwantowa

• Autorzy: Romaniuk Ryszard

Identyfikatory

DOI

10.15199/59.2022.6.1

Warianty tytułu

EN

Quantum contextuality

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Sformułowane w 1964 roku twierdzenie Bella [1] dowodzi nielokalności mechaniki kwantowej poprzez niemożliwość jednoczesnego spełnienia warunków realizmu, lokalności i wolnej woli. Sformułowane w 1967 roku twierdzenie Kochen-Speckera [2] dowodzi kontekstualności mechaniki kwantowej poprzez niemożliwość przypisania deterministycznych wartości wszystkim obserwablom przy utrzymaniu ścisłych zależności funkcyjnych między nimi. Jakakolwiek potencjalna, ukryta, z góry określona, wartość obserwabli musi zależeć od kontekstu w którym jest mierzona. Mówimy, że test Bella jest bezkontekstowy, czyli oba podejścia do badania korelacji kwantowych są różne. Jednak na poziomie zarówno modeli matematycznych jak i wyników eksperymentów określa się podobieństwa i różnice między [3]. W niektórych modelach nielokalność Bella jest rozważana jako specjalny przypadek kontekstualności. Kontekstualność została ostatnio silnie udowodniona eksperymentalnie bez luk detektorowej, kompatybilności obserwabli i dokładności/powtarzalności pomiarów [4]. Nielokalność Bella i kontekstualność Kochen-Speckera są coraz bardziej efektywnie funkcjonalizowane jako zasoby obliczeniowe w Informacyjnych Technikach Kwantowych ITK. Powiedzmy stanowczo, bez kontekstualności kwantowej telekomunikacja i teleinformatyka kwantowa nie mogą działać.

EN

Formulated in 1964, Bell’s theorem [1] proves the non-locality of quantum mechanics by the impossibility of meeting the conditions of realism, locality and free will at the same time. Formulated in 1967, the Kochen-Specker theorem [2] proves the contextuality of quantum mechanics through the impossibility of assigning deterministic values to all observables while maintaining strict functional relationships between them. Any potential, hidden, predetermined value of the observables must depend on the context in which it is measured. We say that Bell’s test is context-free, meaning that the two approaches to studying quantum correlations are different. However, at the level of both mathematical models and experimental results, the similarities and differences between them [3] are determined. In some models, Bell’s nonlocality is considered as a special case of contextuality. Contextuality has recently been strongly proven experimentally without so called measurement loop-holes including the most critical ones like: detector, observables compatibility, and measurement accuracy/repeatability [4]. Bell’s non-locality and Kochen-Specker contextuality are increasingly effectively functionalized as computational resources inQIT Quantum Information Techniques. Let us say firmly, without quantum contextuality, telecommunications and quantum ICT cannot work.

Słowa kluczowe

PL

nielokalność kwantowa; twierdzenie Bella; kontekstualność kwantowa; twierdzenie Kochen-Speckera

EN

quantum nonlocality; Bell theorem; quantum contextuality; Kochen-Specker theorem

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 6
• Strony: 689--697
• Opis fizyczny: Bibliogr. 50 poz.

Twórcy

autor

Romaniuk Ryszard

• Politechnika Warszawska, Instytut Systemów Elektronicznych

Bibliografia

• [l] J.S. Bell, 1964, On the Einstein-Podolsky-Rosen paradox, Physics 1,195-200.
• [2] S. Kochen, E.P. Specker, 1967, The problem of hidden variables in quantum mechanics, JMM 17, 59-87.
• [3] P. Kurzyński, 2015, Podobieństwa I różnice między kontekstualnością a nielokalnością w mechanice kwantowej, UAM, Poznań.
• [4] P. Wang, et al., 2022, Significant loophole-free test of Kochen-Specker contextuality using two species of atomic ions, Sci. Adv. 8, eabk1660.
• [5] K.K. Sharma, et al. 2020, Milestone developments in quantum information and No-Go theorems, arXiv:180909711.
• [6] R. Dardashti, 2021, No-go Theorems What are they good for?, SHPSA, 86(4), 47-55.
• [7] A. Oldofredi, 2019, No-go theorems and the foundation of quantum physics, arXiv: 1904.10991
• [8] D. Gottesmann, 1989, The Heisenberg representation of quantum computers, arXiv: 9807006.
• [9] S. Aronson, D. Gottesmann, 2004, Improved simulation of stabilizer circuits, arXiv: 0406196.
• [10] E. Knil, 2004, Fault-tolerant postselected quantum computation schemes, arXiv: 0402171.
• [11] S. Bravyi, A. Kitayev, 2005, Universal quantum computation with ideal Clifford gates and noisy ancilla, arXiv: 0403025.
• [12] E.T. Campbell, et al., 2017, Roads towards fault-tolerant universal quantum computation, arXiv:1612.07330.
• [13] M. Howard, et al., 2014, Contextuality supplied the magic for quantum computation, arXiv: 1401.4174.
• [14] S. Abramsky, et al., 2011, The sheaf-theoretic structure of non-locality and contextuality, arXiv: 1102.0264.
• [15] P. Skrzypczyk, et al., 2019, The complexity of compatible mea surements, arXiv:1908.10085.
• [16] P. Busch, et al., 1996, The quantum theory of measurement., Lecture notes in Physics, Springer.
• [17] M.F Pussey, J. Barrett, T. Rudolph, 2012, On the reality of the quantum state, arXiv: 1111.3328.
• [18] Y.F. Huang, et al., 2003, Experimental test of the Kochen-Specker theorem with single photons. PRL 90, 250401.
• [19] Y. Hasegawa, et al., 2003, Violation of a Bell-like inequality in single-neutron interferometry. Nature 425, 45-48.
• [20] F.M. Leupold, et al., 2018, Sustained state-independent quantum contextual correlations from a single ion, PRL 120, 180401
• [21] M. Jerger, et al, 2016, Contextuality without nonlocality in a superconducting quantum system, arXiv: 160200440
• [22] S. B. van Dam, et al, 2019, Multipartite entanglement generation and contextuality tests using nondestructive three-qubit parity measurements, PRL 123, 050401
• [23] Z-H. Liu, et al, 2021, Experimental observation of quantum contextuality beyond Bell nonlocality, PRA 100, 042118
• [24] Z-H. Liu, et al, 2022, Twenty years of quantum contextuality at USTC,arXiv:2205.15538
• [25] S. Abramsky, et al, 2012, The cohomology of non-locality and contextuality, arXiv: 1111.3620
• [26] E. Zafiris, 2004, Quantum observables algebras and abstract differential geometry: The topos-theoretic dynamics of diagrams of commutative algebraic localizations, arXiv: 0405009
• [27] S. Henry, 2015, A geometric Bohr topos, arXiv: 502.01896
• [28] S. Abramsky, et al, 2017, The contextual fraction as a measure of contextuality, arXiv: 1705.07918
• [29] A.A. Klyachko, et al, 2008, A simple test dfor hidden variables in spin-l system, arXiv: 0706.0126
• [30] A. Cabello, et al, 2014, Graph-theoretci approach to quantum correlations, arXiv: 1401.7081
• [31] A. Acin, et al, 2012, A combinatorial approach to nonlocality and contextuality, arXiv: 1212A084
• [32] B. Coecke, et al, 2000, Operational quantum logic: an overview; Current research in operational quantum logic, Springer, pp.1-36
• [33] E.N. Dzhafarov, et al, 2016, Probabilistic foundations of contextuality, arXiv: 1604.08412
• [34] J.V. Kujala, E.T. Dzhafarov, 2019, Measures of contextuality and noncontextuality, arXiv: 1903.07170
• [35] H. Olivier, W.H. Zurek, 2000, Quantum discord A measure of the quantumness of correleations, PRL 88,017901
• [36] A. Kherennikov, 2021, Against identification of contextuality with violation of the Bell inequalities: lessons from theory of randomness, arXiv: 2112.03910
• [37] Z-H. Liu, et al, 2019, Experimental observation of quantum contextuality beyond Bell nonlocality, PRA l 00, 042118
• [38] M. VanDenNest, 2013, Universal quantum computation with little entanglement, PRL 110, 060504
• [39] A.K. Pan, 2019, Revealing universal quantum contextuality through communication games, arXiv: 1912.10972
• [40] R.B. Griffiths, 2019, Quantum measurements and contextuality, arXiv:1902.05633
• [41] J. Singh, Arvind, 2021, Revealing quantum contextuality using a single measurement device by generating measurement non-contextuality, arXiv:2102.00410
• [42] X. Zhan,2022, Classical simulation of contextuality through hiding the disturbance, JoPA:Math. 55155302
• [43] C .Burdoni, et al, 2022, Quantum contextuality, arXiv:2102.13036
• [44] P. Grangier, 2022, Revisiting quantum contextuality, arXiv:2201.00371
• [45] M. Waegell, P.K. Aravind, 2022, The Golay codes and quantum contextuality, arXiv: 2206.04209
• [46] K.Svozil,2022, Varieties of contextuality based on probability and nonembeddability, arXiv: 2103.06110
• [47] A. Peres, 1990, Incompatible results of quantum measurements, PLA 151, 107
• [48] M. Ali, 2022, Quantum contextuality in time, arXiv: 2206.02581
• [49] R. Raussendorf, et al, 2017, Contextuality and Wigner-function negativity in qubit quantum computation, PRA 95(5)052334
• [50] P.E. Emeriau, 2022, The interplay between quantum contextuality and Wigner negativity, arXiv: 2204.08782

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).