量子达尔文主义的缺失作为安全量子通信与计算中的资源
量子物理
2025-10-06 v1
摘要
经典世界从底层量子力学中涌现的特征不仅在于量子关联的消失，还在于客观性的展开，这也被称为量子达尔文主义。我们表明，这种客观性的缺失在密码学中具有量子优势，并且为零 discord 量子电路的高效经典模拟提供了关键的缺失环节。为此，我们考虑了一个混合态量子计算模型，其中承诺在量子电路的所有阶段都提供 concordant states。Concordant 量子态相对于任意部分具有零 discord，并且存在一个由局部正交子系统基的张量积构成的基，在该基下密度矩阵是对角的。Concordant 计算的高效经典模拟在量子信息理论中一直是一个悬而未决的问题。我们论证了高效经典模拟算法的一个关键要素——即多体态在其下对角化的局部基的知识——是由量子达尔文主义提供的。在量子达尔文主义缺失的情况下，concordant states 无法通过现有方法进行高效模拟，并在通信中赋予密码学优势。我们通过给出一个利用此洞见的安全量子通信协议来证明这一点。我们的工作还对量子-经典边界具有启示意义，我们讨论了由达尔文主义产生的客观性如何从三个方面划定这一边界——基于我们对客观性的观察和经验的实证方面、由于没有任何量子关联的信息论方面，以及最后上述讨论意义上的计算方面。最后，我们表明，由量子达尔文主义以及混合态量子计算中可被高效模拟的内容所划定的量子-经典边界，与 Hardy 给出的边界相一致
引用
@article{arxiv.2510.03225,
title = {Absence of quantum Darwinism as a resource in secure quantum communication and computation},
author = {Bishal Kumar Das and Sourav Manna and Vaibhav Madhok},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.03225},
year = {2025}
}
备注
14 pages (main text + references), 18 pages total including appendix; 3 figures