Wyszukiwarka
prof. dr hab. Paweł Horodecki
Zatrudnienie
- Profesor w Instytut Fizyki i Informatyki Stosowanej
Publikacje
Filtry
wszystkich: 119
Katalog Publikacji
-
Direct measurement of nonlinear properties of bipartite quantum states
PublikacjaNieliniowe 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.
-
Entanglement-redistribution boxes
PublikacjaWe 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...
-
Unconditional privacy over channels which cannot convey quantum information
PublikacjaQuantum 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...
-
No-local-broadcasting theorem for multipartite quantum correlations
PublikacjaWe 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...
-
Entanglement-swapping boxes and their communication properties
PublikacjaWe 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...
-
Beyond the standard entropic inequalities: stronger scalar separability criteria and their applications
PublikacjaNiedawno 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...
-
Universal observable detecting all two-qubit entanglement and determinant-based separability tests
PublikacjaW 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...
-
On quantum cryptography with bipartite bound entangled states
PublikacjaOstatnio 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...
-
Bound entanglement maximally violating Bell inequalities: quantum entanglement is not fully equivalent to cryptographic security
PublikacjaW 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...
-
Quantum states representing perfectly secure bits are always distillable
PublikacjaW 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...
-
Are quantum correlations symmetric?
PublikacjaWe 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...
-
Quantum superadditivity in linear optics networks: Sending bits via multiple-access Gaussian channels
PublikacjaSuperadditivity 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...
-
Efficient bounds on quantum-communication rates via their reduced variants
PublikacjaWe 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
PublikacjaWe 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...
-
Sudden death of effective entanglement
PublikacjaSudden 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...
-
Multiacces quantum communication and product higher rank numerical range
PublikacjaIn the present paper we initiate the study of the product higher rank numerical range. The latter, being a variant of the higher rank numerical range, is a natural tool for study- ing a construction of quantum error correction codes for multiple access channels. We review properties of this set and relate it to other numerical ranges, which were recently introduced in the literature. Further, the concept is applied to the construction...
-
Quantum channel capacities: multiparty communication
PublikacjaAnalizowane 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:...
-
General construction of noiseless networks detecting entanglement with the help of linear maps
PublikacjaW 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...
-
12 [Chapter]. Bound entanglement
PublikacjaKwantowe 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...
-
Squashed entanglement for multipartite states and entanglement measures based on the mixed convex roof
PublikacjaNew 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...
-
Quantum entanglement
PublikacjaAll 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...
-
Multipartite secret key distillation and bound entanglement
PublikacjaRecently 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...
-
Inseparability criteria based on matrices of moments
PublikacjaInseparability 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...
-
Broadcast copies reveal the quantumness of correlations
PublikacjaWe 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...
-
Purely quantum superadditivity of classical capacities of quantum multiple access channels
PublikacjaWe 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.
-
Conjectured strong complementary-correlations tradeoff
PublikacjaWe conjecture uncertainty relations that restrict correlations between the results of measurements performed by two separate parties on a shared quantum state. The first uncertainty relation bounds the sum of two mutual informations when one party measures a single observable and the other party measures one of two observables. The uncertainty relation does not follow from the Maassen-Uffink uncertainty relation and is much stronger...
-
Separability in terms of a single entanglement witness
PublikacjaThe separability problem is formulated in terms of a characterization of a single entanglement witness. More specifically, we show that any (in general multipartite) state rho is separable if and only if a specially constructed entanglement witness W-rho is weakly optimal, i.e., its expectation value vanishes on at least one product vector. Interestingly, the witness can always be chosen to be decomposable. Our result changes the...
-
Anomalous decay of quantum correlations of quantum-dot qubits
PublikacjaWe study the evolution of quantum correlations, quantified by the geometric discord, of two excitonic quantum-dot qubits under the influence of the phonon environment. We show that the decay of these correlations differs substantially from the decay of entanglement. Instead of displaying sudden-death-type behavior, the geometric discord shows a tendency to undergo transitions between different types of decay, is sensitive to nonlocal...
-
NO-BROADCASTING OF NON-SIGNALLING BOXES VIA OPERATIONS WHICH TRANSFORM LOCAL BOXES INTO LOCAL ONES
PublikacjaWe deal with families of probability distributions satisfying non-signalling condition, called non-signalling boxes and consider a class of operations that transform local boxes into local ones (the one that admit LHV model). We prove that any operation from this class cannot broadcast a bipartite non-local box with 2 binary inputs and outputs. We consider a function called anti-Robustness which can not decrease under these operations....
-
All Nonclassical Correlations Can Be Activated into Distillable Entanglement
PublikacjaWe 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
PublikacjaFor 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
PublikacjaWe 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
PublikacjaA 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...
-
Schemes of transmission of classical information via quantum channels with many senders: Discrete- and continuous-variable cases
PublikacjaSuperadditivity 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...
-
Directed percolation effects emerging from superadditivity of quantum networks
PublikacjaEntanglement-induced nonadditivity of classical communication capacity in networks consisting of quantum channels is considered. Communication lattices consisting of butterfly-type entanglement-breaking channels augmented, with some probability, by identity channels are analyzed. The capacity superadditivity in the network is manifested in directed correlated bond percolation which we consider in two flavors: simply directed and...
-
Unifying classical and quantum key distillation
PublikacjaPrzypuśćmy, 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...
-
Convergence to equilibrium under a random Hamiltonian
PublikacjaWe analyze equilibration times of subsystems of a larger system under a random total Hamiltonian, in which the basis of the Hamiltonian is drawn from the Haar measure. We obtain that the time of equilibration is of the order of the inverse of the arithmetic average of the Bohr frequencies. To compute the average over a random basis, we compute the inverse of a matrix of overlaps of operators which permute four systems. We first...
-
Analytical progress on symmetric geometric discord: Measurement-based upper bounds
PublikacjaQuantum correlations may be measured by means of the distance of the state to the subclass ofstates having well defined classical properties. In particular, a geometric measure of asymmetricdiscord [Daki´c et al., Phys. Rev. Lett. 105, 190502 (2010)] was recently defined as the Hilbert-Schmidt distance of a given two-qubit state to the closest classical-quantum (CQ) correlated state.We analyze a geometric measure of symmetric...
-
Quantum privacy witness
PublikacjaWhile it is usually known that the mean value of a single observable is enough to detect entanglement or its distillability, the counterpart of such an approach in the case of quantum privacy has been missing. Here we develop the concept of a privacy witness, i.e., a single observable that may detect the presence of the secure key even in the case of bound entanglement. Then we develop the notion of secret-key estimation based...
-
Quantum-correlation breaking channels, broadcasting scenarios, and finite Markov chains
PublikacjaOne 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)...
-
Sharp transitions in low-number quantum dots Bayesian magnetometry
PublikacjaWe consider Bayesian estimate of static magnetic field, characterized by a prior Gaussian probability distribution, in systems of a few electron quantum dot spins interacting with infinite temperature spin environment via hyperfine interaction. Sudden transitions among optimal states and measurements are observed. Usefulness of measuring occupation levels is shown for all times of the evolution, together with the role of entanglement...
-
Hybrid no-signaling-quantum correlations
PublikacjaFundamental investigations in non-locality have shown that while the no-signaling principle alone is not sufficient to single out the set of quantum non-local correlations, local quantum mechanics and no-signaling together exactly reproduce the set of quantum correlations in the two-party Bell scenario. Here, we introduce and study an intermediate hybrid no-signaling quantum set of non-local correlations that we term HNSQ in the...
-
Reflectiona upon separability and distillability
PublikacjaPrzedstawiono abstrakcyjną wersję badań kwantowych korelacji za pomocą zbiorów wypukłych (tzw. program Insbruck-Hannover). Przedstawiono zwarty opis optymalnych rozkładów danego stanu oraz optymalnych obserwabli warunkujących przynależność danego stanu do określonego zbioru wypukłego.
-
On mixed states entanglement and quantum communication: aspects of quantum channels theory
PublikacjaDokonano przeglądu związków miedzy stanami kwantowymi oraz kwantowymi kanałami. Wykazano, że istnienie nietypowych korelacji kwantowych (splątanie związane typu NPT) w pewnych sytuacjach pociąga za sobą nieaddytywność pojemności kanałów kwantowych.
-
Local information as a resource in distributed quantum systems.
PublikacjaZaproponowano nowy paradygmat dla kwantowego paradygmatu odległych laboratoriów w których informacja jest zasobem. W tym schemacie obserwatorzy dokonują destylacji informacji lokalnych stanów czystych.
-
Direct estimation of functional and density operators by local operations and classical communication.
PublikacjaWykazano, że można dokonywać detekcji splątania w paradygmacie odległych laboratoriów. Pokazano, jak można fizycznie zaimplementować strukturalne przybliżenie fizyczne niefizycznego odwzorowania w tym paradygmacie.
-
Measuring quantum entanglement without prior state reconstruction.
PublikacjaWykazano, że w przypadku dwóch kubitów splątanie formowania może być mierzone bez rekonstrukcji stanu kwantowego.
-
The ab initio calculations of single nitrogen-vacancy defect center in diamond.
PublikacjaW 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.
-
Direct detection of quantum entanglement
PublikacjaPoddano dyskusji teorię splątania w kontekście historycznym. Omówiono detekcję splątania przy użyciu sieci złożonej z bramek kwantowych.
-
Direct estimation of elements of algebra of quantum states and entanglement detection via linear contraction.
PublikacjaWykazano możliwość obliczenia elementów algebry generowanej przez macierze bez uprzedniej rekonstrukcji stanu. Ponadto wykazano, że pewne testy separowalności oparte o liniowe operacje zwężające można przeprowadzić bez uprzedniej rekonstrukcji badanych stanów.
wyświetlono 4096 razy