Motivated by the limitations of near-term quantum devices, we study nonlocal games in the high-noise regime, where the two players may share arbitrarily many copies of a noisy entangled state. In this regime, existing rigidity theorems are unable to certify any nontrivial quantum structure. We first characterize the maximal quantum winning probabilities of the CHSH game [Clauser et al. '69], the Magic Square game [Mermin '90], and their 2-out-of-n variants [Chao et al. '18] as explicit functions of the noise rate. These characterizations enable the construction of device-independent protocols for estimating the underlying noise level. Building on these results, we prove noise-robust rigidity theorems showing that these games certify one, two, and n pairs of anticommuting Pauli observables, respectively. To our knowledge, these are the first rigidity results of Pauli measurements that remain sound in the high-noise regime, which has applications in Measurement-Device-Independent (MDI) cryptography and studying the computational power of Multi-prover Interactive Proof System with entanglement and a vanishing completeness-soundness gap ($\text{MIP}^*_0$). Our proofs rely on Sum-of-Squares decompositions and Pauli analysis techniques originating from quantum proof systems and quantum learning theory, respectively.


翻译:受近期量子设备局限性的启发,我们研究了高噪声区域下的非局域博弈,其中两个玩家可以共享任意多份噪声纠缠态的副本。在此区域下,现有的刚性定理无法认证任何非平凡的量子结构。我们首先刻画了CHSH博弈[Clauser等人 '69]、Magic Square博弈[Mermin '90]及其2-out-of-n变体[Chao等人 '18]的最大量子获胜概率,并将其表示为噪声率的显式函数。这些刻画使得构建用于估计底层噪声水平的设备无关协议成为可能。在这些结果的基础上,我们证明了对噪声鲁棒的刚性定理,表明这些博弈分别认证了一对、两对和n对反交换泡利可观测量。据我们所知,这是首个在高噪声区域下仍然有效的泡利测量刚性结果,可应用于测量设备无关密码学,以及研究基于纠缠且具有消失的完备性-可靠性间隙的多证明者交互证明系统的计算能力($\text{MIP}^*_0$)。我们的证明分别依赖于来源于量子证明系统和量子学习理论的平方和分解与泡利分析技术。

0
下载
关闭预览

相关内容

《多选项威慑概念:量子博弈论实例》2024最新报告
专知会员服务
25+阅读 · 2024年5月25日
【干货书】算法博弈论,Algorithmic Game Theory,775页pdf
专知会员服务
89+阅读 · 2023年6月19日
【经典书】算法博弈论,775页pdf,Algorithmic Game Theory
专知会员服务
157+阅读 · 2021年5月9日
NAACL 2019最佳论文:量子概率驱动的神经网络
PaperWeekly
14+阅读 · 2019年6月10日
量化投资精品书籍
平均机器
18+阅读 · 2018年12月21日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 6月2日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
《多选项威慑概念:量子博弈论实例》2024最新报告
专知会员服务
25+阅读 · 2024年5月25日
【干货书】算法博弈论,Algorithmic Game Theory,775页pdf
专知会员服务
89+阅读 · 2023年6月19日
【经典书】算法博弈论,775页pdf,Algorithmic Game Theory
专知会员服务
157+阅读 · 2021年5月9日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员