Search
prof. dr hab. Paweł Horodecki
Employment
- Professor at Institute of Physics and Applied Computer Science
Publications
Filters
total: 119
Catalog Publications
Year 2012
-
Quantum-correlation breaking channels, broadcasting scenarios, and finite Markov chains
PublicationOne of the classical results concerning quantum channels is the characterization of entanglementbreakingchannels [M. Horodecki et al., Rev. Math. Phys 15, 629 (2003)]. We address the questionwhether there exists a similar characterization on the level of quantum correlations which may gobeyond entanglement. The answer is fully affirmative in the case of breaking quantum correlationsdown to the, so called, QC (Quantum-Classical)...
-
Schemes of transmission of classical information via quantum channels with many senders: Discrete- and continuous-variable cases
PublicationSuperadditivity effects in the classical capacity of discrete multiaccess channels and continuous variable (CV) Gaussian MACs are analyzed. Several examples of the manifestation of superadditivity in the discrete case are provided, including, in particular, a channel which is fully symmetric with respect to all senders. Furthermore, we consider a class of channels for which input entanglement across more than two copies of the...
Year 2011
-
All Nonclassical Correlations Can Be Activated into Distillable Entanglement
PublicationWe devise a protocol in which general nonclassical multipartite correlations produce a physically relevant effect, leading to the creation of bipartite entanglement. In particular, we show that the relative entropy of quantumness, which measures all nonclassical correlations among subsystems of a quantum system, is equivalent to and can be operationally interpreted as the minimum distillable entanglement generated between the system...
-
Collective Uncertainty Entanglement Test
PublicationFor a given pure state of a composite quantum system we analyze the product of its projections onto aset of locally orthogonal separable pure states. We derive a bound for this product analogous to theentropic uncertainty relations. For bipartite systems the bound is saturated for maximally entangled statesand it allows us to construct a family of entanglement measures, we shall call collectibility. As thesequantities are experimentally...
-
Experimental Extraction of Secure Correlations from a Noisy Private State
PublicationWe report experimental generation of a noisy entangled four-photon state that exhibits a separation between the secure key contents and distillable entanglement, a hallmark feature of the recently established quantum theory of private states. The privacy analysis, based on the full tomographic reconstruction of the prepared state, is utilized in a proof-of-principle key generation. The inferiority of distillation-based strategies...
-
Postulates for measures of genuine multipartite correlations
PublicationA lot of research has been done on multipartite correlations. However, it seems strange thatthere is no denition of so called genuine multipartite correlations. In this paper we propose threereasonable postulates which each measure or indicator of genuine multipartite correlations (or gen-uine multipartite entanglement) should satisfy. We also introduce degree of correlations which givespartial characterization of multipartite...
Year 2010
-
A few steps more towards NPT bound entanglement
PublicationIn this paper, existence of bound entangled states with nonpositive partial transpose (NPT) is considered. As one knows, existence of such states would in particular imply nonadditivity of distillable entanglement. Moreover, it would rule out a simple mathematical description of the set of distillable states. The particular state, known to be 1-copy nondistillable and supposed to be bound entangled, is considered. The problem of...
-
Are quantum correlations symmetric?
PublicationWe provide operational definition of symmetry of entanglement: An entangled state contains symmetric entanglement if its subsystems can be exchanged (swapped) by means of local operations and classical communication. We show that in general states have asymmetric entanglement. This allows to construct nonsymmetric measure of entanglement, and a parameter that reports asymmetry of entanglement contents of quantum state. We propose...
-
Aspects of multistation quantum information broadcasting
PublicationWe study quantum information transmission over multiparty quantum channel. In particular, we show an equivalence of different capacity notions and provide a multiletter characterization of a capacity region for a general quantum channel with k senders and m receivers. We point out natural generalizations to the case of two-way classical communication capacity. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.
-
Efficient bounds on quantum-communication rates via their reduced variants
PublicationWe investigate one-way communication scenarios where Bob operating on his component can transfer some subsystem to the environment. We define reduced versions of quantum-communication rates and, further, prove upper bounds on a one-way quantum secret key, distillable entanglement, and quantum-channel capacity by means of their reduced versions. It is shown that in some cases they drastically improve their estimation.
-
Nonadditivity of quantum and classical capacities for entanglement breaking multiple-access channels and the butterfly network
PublicationWe analyze quantum network primitives which are entanglement breaking. We show superadditivity of quantum and classical capacity regions for quantum multiple-access channels and the quantum butterfly network. Since the effects are especially visible at high noise they suggest that quantum information effects may be particularly helpful in the case of the networks with occasional high noise rates. The present effects provide a qualitative...
-
On thermal stability of topological qubit in Kitaev's 4D model
PublicationWe analyse stability of the four-dimensional Kitaev model-a candidate for scalable quantum memory - in finite temperature within the weak coupling Markovian limit. It is shown that, below a critical temperature, certain topological qubit observables X and Z possess relaxation times exponentially long in the size of the system. Their construction involves polynomial in system size algorithm which uses as an input the results of...
-
Quantum superadditivity in linear optics networks: Sending bits via multiple-access Gaussian channels
PublicationSuperadditivity effects of communication capacities are known in the case of discrete variable quantum channels. We describe the continuous variable analog of one of these effects in the framework of Gaussian multiple access channels (MACs). Classically, superadditivity-type effects are strongly restricted: For example, adding resources to one sender is never advantageous to other senders in sending their respective information...
-
Sudden death of effective entanglement
PublicationSudden death of entanglement is a well-known effect resulting from the finite volume of separable states. We study the case when the observer has a limited measurement capability and analyze the effective entanglement (i.e., entanglement minimized over the output data). We show that in the well-defined system of two quantum dots monitored by single-electron transistors, one may observe a sudden death of effective entanglement when...
Year 2009
-
A simple test for quantum channel capacity
PublicationBased on state and channel isomorphism we point out that semidefiniteprogramming can be used as a quick test for nonzero one-way quantum channelcapacity. This can be achieved by searching for symmetric extensions of statesisomorphic to a given quantum channel. With this method we provide examplesof quantum channels that can lead to high entanglement transmission but stillhave zero one-way capacity, in particular, regions of symmetric...
-
Broadcast copies reveal the quantumness of correlations
PublicationWe study the quantumness of bipartite correlations by proposing a quantity that combines a measure of total correlations-mutual information-with the notion of broadcast copies-i.e., generally nonfactorized copies-of bipartite states. By analyzing how our quantity increases with the number of broadcast copies, we are able to classify classical, separable, and entangled states. This motivates the definition of the broadcast regularization...
-
General paradigm for distilling classical key from quantum states
PublicationIn this paper, we develop a formalism for distilling aclassical key from a quantum state in a systematic way, expandingon our previous work on a secure key from bound entanglement(Horodecki et al., 2005). More detailed proofs, discussion, andexamples are provided of the main results. Namely, we demonstratethat all quantum cryptographic protocols can be recast in away which looks like entanglement theory, with the only changebeing...
-
Inseparability criteria based on matrices of moments
PublicationInseparability criteria for continuous and discrete bipartite quantum states based on moments of annihilationand creation operators are studied by developing the idea of Shchukin-Vogel criterion Phys. Rev. Lett. 95,230502 2005. If a state is separable, then the corresponding matrix of moments is separable too. Thus, wederive generalized criteria based on the separability properties of the matrix of moments. In particular, acriterion...
-
Multipartite secret key distillation and bound entanglement
PublicationRecently it has been shown that quantum cryptography beyond pure entanglement distillation is possible and a paradigm for the associated protocols has been established. Here we systematically generalize the whole paradigm to the multipartite scenario. We provide constructions of new classes of multipartite bound entangled states, i.e., those with underlying twisted Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) structure and nonzero distillable...
-
Purely quantum superadditivity of classical capacities of quantum multiple access channels
PublicationWe are studying classical capacities of quantum memoryless multiaccess channels in geometric terms and we are revealing a break of additivity of the Holevo-like capacity. This effect is a purely quantum mechanical one, since, as we point out, the capacity regions of all classical memoryless multiaccess channels are additive. It is the first such effect revealed in the field of classical information transmission via quantum channels.
-
Quantum entanglement
PublicationAll our former experience with application of quantum theory seems to say that what is predicted by quantum formalism must occur in the laboratory. But the essence of quantum formalism-entanglement, recognized by Einstein, Podolsky, Rosen, and Schrödinger-waited over 70 years to enter laboratories as a new resource as real as energy. This holistic property of compound quantum systems, which involves nonclassical correlations between...
-
Squashed entanglement for multipartite states and entanglement measures based on the mixed convex roof
PublicationNew measures of multipartite entanglement are constructedbased on two definitions of multipartite information anddifferent methods of optimizing over extensions of the states. Oneis a generalization of the squashed entanglement where one takesthe mutual information of parties conditioned on the state's extensionand takes the infimum over such extensions. Additivity ofthe multipartite squashed entanglement is proved for both versionsof...
-
W-like bound entangled states and secure key distillation
PublicationWe construct multipartite entangled states with underlying W-type structuresatisfying positive partial transpose (PPT) condition under any (N −1)|1 partition. Then we showhow to distill a N-partite secure key from the states using two different methods: direct applicationof local filtering and novel random key distillation scheme in which we adopt the idea from recentresults on entanglement distillation. Open problems and possible...
Year 2008
-
Beyond the standard entropic inequalities: stronger scalar separability criteria and their applications
PublicationNiedawno pokazano, że jeżeli dwupodukładowy stan kwantowy spełnia strukturalne kryterium separowalności oparte na pewnym liniowym odwzorowaniu dodatnim (tzw. odwzorowanie redukcyjne) to musi także spełniać skalarne kryterium separowalności oparte na nierównościach entropijnych. Ponieważ nierówności te są obiecującymi z eksperymentalnego punktu widzenia detektorami splątania w układach kwantowych, interesującym wydaje się pytanie...
-
Entanglement-redistribution boxes
PublicationWe establish a framework to study the classical-communication properties of primitive local operations assisted by classical communication which realize various redistributions of entanglement, like, e.g., entanglement swapping. On the one hand, we analyze what local operations and how much classical communication are needed to perform them. On the other hand, we investigate whether and to what extent such primitives can help to...
-
Entanglement-swapping boxes and their communication properties
PublicationWe pose the fundamental question of communication properties of primitives irrespectively of their implementation. To illustrate the idea we introduce the concept of entanglement-swapping boxes, i.e., we consider any quantum operations which perform entanglement swapping, not necessarily via simple quantum teleportation. We ask a question about the properties of such boxes, i.e., what local operations and how much classical communication...
-
Low-dimensional bound entanglement with one-way distillable cryptographic key
PublicationIn this paper, we provide a class of bound entangled states that have positive distillable secure key rate. The smallest state of this kind is 4 circle times 4, which shows that peculiar security contained in bound entangled states does not need high-dimensional systems. We show that for these states a positive key rate can be obtained by one-way Devetak-Winter (DW) protocol. Subsequently, the volume of bound entangled key-distillable...
-
No-local-broadcasting theorem for multipartite quantum correlations
PublicationWe prove that the correlations present in a multipartite quantum state have an operational quantum character even if the state is unentangled, as long as it does not simply encode a multipartite classical probability distribution. Said quantumness is revealed by the new task of local broadcasting, i.e., of locally sharing preestablished correlations, which is feasible if and only if correlations are stricly classical. Our operational...
-
Quantum key distribution based on private states: Unconditional security over untrusted channels with zero quantum capacity
PublicationIn this paper, we prove unconditional security for a quantum key distribution (QKD) protocol based on distilling pbits (twisted ebits) from an arbitrary untrusted state that is claimed to contain distillable key. Our main result is that we can verify security using only public communication-via parameter estimation of the given untrusted state. The technique applies even to bound-entangled states, thus extending QKD to the regime...
-
Unconditional privacy over channels which cannot convey quantum information
PublicationQuantum cryptography enables one to verify that the state of the quantum system has not been tampered with and thus one can obtain privacy regardless of the power of the eavesdropper. All previous protocols relied on the ability to faithfully send quantum states or equivalently to share pure entanglement. Here we show this need not be the case-one can obtain verifiable privacy even through some channels which cannot be used to...
-
Universal observable detecting all two-qubit entanglement and determinant-based separability tests
PublicationW pracy zbadano możliwość konstrukcji uniwersalnej obserwabli, którejwartość średnia na pewnej ilości kopii danego stanu kwantowegorozstrzygałaby jednoznacznie i niezależnie od badanego stany czy jest on splątany. Pokazano, że w przypadku dwukubitowych stanów kwantowych konstrukcja takiej obserwabli jest możliwa oraz ilość kopii potrzebna do zmierzenia jej wartości średniej jest równa cztery. Ponadto, zbadano czy wartość średnia...
Year 2007
-
12 [Chapter]. Bound entanglement
PublicationKwantowe splątanie jest jednym z podstawowych elementów kwantowej teorii informacji. Jak wiadomo niskowymiarowe (2otimes 2 i 2otimes 3) splątane stany kwantowe są zawsze destylowalne. W wyższych wymiarach jednak istnieją stany, które mimo, że są splątane nie pozwalają na destylację. Ten rodzaj splątania, nazywany związanym, jest często trudny do wykrycia i pozornie bezużyteczny. Jak pokazują jednak liczne badania splątanie związane...
-
Unifying classical and quantum key distillation
PublicationPrzypuśćmy, że dwie oddalone od siebie osoby, Alicja i Bob, oraz osoba z nimi niewspółpracująca, Ewa, mają dostęp do systemów kwantowych przygotowanych w stanie rho_ABE. Ponadto Alicja i Bob mogą używać lokalnych operacji i uwiarygodnionej komunikacji publicznej. Celem Alicji i Boba jest ustanowienie klucza, który nie będzie znany Ewie. Nasze badania inicjują podejście do wspomnianego zagadnienia oparte na unifikacji dwóch standardowych...
Year 2006
-
Bound entanglement maximally violating Bell inequalities: quantum entanglement is not fully equivalent to cryptographic security
PublicationW pracy pokazano, że czterokubitowy stan o splątaniu związanym może maksymalnie łamać prostą nierówność Bella podobną do standardowej nierówności CHSH. Prostota rozważanego układu oraz odporność splątania sprawiają, że łamanie to jest obiecujące dla współczesnej technologii eksperymentalnej. Z drugiej strony, splątanie tego stanu nie pozwala na destylację bezpiecznego klucza kryptograficznego, zatem ani splątanie, ani maksymalne...
-
Fidelity thresholds in single copy entanglement distillation
PublicationRozważono różne aspekty destylacji zaszumionego splątania oraz pewne stowarzyszone efekty w kwantowej korekcji błędów. W szczególności pokazano, że w przypadku gdy dozwolona jest komunikacja klasyczna w jedną stronę oraz współdzielony stan kwantowy dxd nie jest czysty, to istnieje próg dla optymalnego ułamka F stanu, który może być otrzymany w procesie destylacji na jednej kopii. Wynika z tego, że aby otrzymać (probabilistycznie)...
-
General construction of noiseless networks detecting entanglement with the help of linear maps
PublicationW pracy zaprezentowano ogólny schemat konstrukcji bezszumowych sieci pozwalających wykrywać splątanie przy pomocy odwzorowań liniowych. Pokazano jak zastosować metodę do detekcji splątania nieznanego stanu bez jego wcześniejszej rekonstrukcji. W szczególności pokazano, że zawsze istnieje bezszumowa sieć pozwalająca wykrywać splątanie przy użyciu dodatnich, ale nie kompletnie dodatnich odwzorowań. Zaprezentowano także uogólnienie...
-
On quantum cryptography with bipartite bound entangled states
PublicationOstatnio pokazano bezpośrednie zastosowanie splątania związanego w kryptografii kwantowej. W niniejszym artykule dokonano przeglądu niektórych najnowszych osiągnięć dotyczących tego zagadnienia. W szczególności przypomniano istotne pojęcia i definicje. Ponadto podano nową konstrukcję stanów o splątaniu związanym, posiadających bezpieczne korelacje, dostarczając w ten sposób niskowymiarowe (6x6) stany o splątaniu związanym z niezerowym...
-
Quantum channel capacities: multiparty communication
PublicationAnalizowane są różne aspekty wieloużytkownikowej komunikacji kwantowymi kanałami bez pamięci. Uogólnione zostały pewne znane rezultaty dotyczące komunikacji kwantowej w układzie jeden nadawca -jeden odbiorca. W szczególności pokazana została bezużyteczność komunikacji klasycznej ''w przód'' w procesie transmisji informacji kwantowej oraz równoważność definicji regionów pojemności opartych na różnych miarach wierności transmisji:...
-
Quantum states representing perfectly secure bits are always distillable
PublicationW pracy pokazano, że ostatnio wprowadzone stany kwantowe reprezentujące perfekcyjnie bezpieczny bit klucza kryptograficznegooraz ich wielocząstkowe i wielowymiarowe uogólnienia zawsze reprezentują destylowalne splątanie. Podano ograniczenia dolne na wielkość destylowalnego splątania. Ponadto podano alternatywny dowód faktu, że koszt splątania jest ograniczeniem górnym na wielkość destylowalnego klucza kryptograficznego w dwucząstkowym...
Year 2005
-
Direct measurement of nonlinear properties of bipartite quantum states
PublicationNieliniowe własności stanów kwantowych, takie jak entropia, splątania, określają ilość ważnych fizycznych źródeł i są często używane w informatyce kwantowej. Na ogół są one obliczane z pełnego opisu stanu kwantowego, pomimo tego, że zależą od niewielkiej ilości parametrów opisujących dany stan. Wyciągamy nielokalną i nieliniową wielkość, mianowicie entropię Renyi, z lokalnych pomiarów dwóch par fotonów splątanych polaryzacyjnie.
-
Locking entanglement with a single qubit
PublicationBadamy utratę plątania dwuczęściowego stanu narażanego na odrzucenie lub pomiar jednego kubitu.
-
Secure key from bound entanglement
PublicationScharakteryzowaliśmy zestaw dzielonych kwantowych stanów, który zawiera kryptograficznie prywatny klucz. Pozwala nam to przerobić teorię prywatności jako paradygmat blisko związany z tą, która jest używana w manipulacjach splątania.
Year 2004
-
Nonadditivity of quantum capacity for multiparty communication channels.
PublicationZbadano scenariusze komunikacji pomiędzy wieloma stronami gdzie informacje są przesyłane od wielu nadawców do wielu odbiorców.
-
Optimal strategy for a single-qubit gate and the trade-off between opposite types of decoherence.
PublicationZostał zbadany proces przesyłania kwantowej informacji w dwóch różnych otoczeniach (markowskim i niemarkowskim).
-
Quantum information isomorphism: Beyond the dilemma of the Scylla of ontology and the Charybdis of instrumentalism.
PublicationZaprezentowano koncepcję izomorfizmu kwantowej informacji, zgodnie z którym kwantowy opis natury jest izomorficzny z samą naturą.
-
TelePOVM - A generalized quantum teleportation scheme.
PublicationPokazano, że kwantowa teleportacja jest specjalnym przypadkiem uogólnionej nielokalności EPR.
-
Termodynamics of quantum information systems - Hamiltonian description.
PublicationPrzy użyciu podejścia hamiltonowskiego wyprowadzono wzór na pracę dla układów kwantowych zanurzonych w ciepłym otoczeniu.
-
The ab initio calculations of single nitrogen-vacancy defect center in diamond.
PublicationW artykule zaprezentowano rezultaty kwantowomechanicznych obliczeń ''ab initio'' struktury elektronowej defektu azot-wakans w diamencie. Do obliczeń wykorzystano model złożony z 63 atomów. Otrzymane wyniki zostały porównane z wcześniejszymi pracami teoretycznymi i doświadczalnymi.
Year 2003
-
Bound entanglement for continuous variables is a rare phenomenon
PublicationWykazano, że splątanie związane w przypadku zmiennych ciągłych jest rzadkimfenomenem. W szczególności pokazano, że zbiór stanów niedestylowalnych jestnigdzie gęsty w zbiorze wszystkich stanów kwantowych. Poddano dyskusji splą-tanie związane w kontekście liczby Schmidta.
-
Direct detection of quantum entanglement
PublicationPoddano dyskusji teorię splątania w kontekście historycznym. Omówiono detekcję splątania przy użyciu sieci złożonej z bramek kwantowych.
seen 5722 times