• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

Algebraic and decision-theoretic ways into quantum resource theories

研究課題

研究課題/領域番号 20K03746
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分12040:応用数学および統計数学関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

Buscemi F.  名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (80570548)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードquantum measurements / quantum instruments / quantum incompatibility / measurement sharpness / thermodynamic resources / information engine / quantum error-correction / quantum guesswork / communication channels / fluctuation relations / quantum entanglement / quantum thermodynamics / quantum channels / quantum information / resource theories / statistical comparison / statistical decision / statistical inference
研究開始時の研究の概要

Some well-known features of quantum theory, such as quantum entanglement and quantum coherence, have moved from being qualitative traits of the theory to becoming tangible resources, with the potential to unlock various novel tasks in computation and communication. Such a resource-theoretic viewpoint on quantum theory has recently become mainstream in quantum information sciences. This project aims to investigate quantum resource theories as problems of statistical decision and inference, bringing in tools and insights from operator algebra and mathematical statistics.

研究実績の概要

During FY2023, two very important papers for this project were finally published. One is the paper: "Unifying different notions of quantum incompatibility into a strict hierarchy of resource theories of communication" and the other is: "A complete and operational resource theory of measurement sharpness". These papers lay the foundations for a coherent resource-theoretic characterization of quantum measurement processes. The first paper deals with the notion of incompatibility, which was clear for POVMs but was hotly debated in the case of instruments, and finally settles the situation by introducing an overarching framework to unify and harmonize pervious proposals. The second paper instead deals with the notion of sharpness, which we relate to the operational idea of repeatability. Moreover, a coherent framework for sharpness-non-increasing operations, something that other researchers have been looking for in the past, has been finally obtained. In addition, another resource-theoretic result was obtained: "Generalized resource theory of purity: one-shot purity distillation with local noisy operations and one way classical communication". The resource theory of purity plays an important role in modern formulations of quantum thermodynamics, and here we study the case of two players cooperating in the task.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

The number of papers published this year is particularly high (see later). Among these, three papers were among the main goals of the present project, and all of them have been published in good journals.

今後の研究の推進方策

This project has been extended for another year. The reason is that the final journal paper of "Generalized resource theory of purity: one-shot purity distillation with local noisy operations and one-way classical communication" is still in preparation. (Currently only a proceeding version has been published.) The remaining funds will be used to facilitate the international collaboration on which this paper is based.

報告書

(4件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (60件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (19件) (うち国際共著 19件、 査読あり 19件、 オープンアクセス 15件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 27件、 招待講演 29件) 備考 (7件)

  • [国際共同研究] Louisiana State University(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] National University of Singapore/Centre for Quantum Technologies(シンガポール)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Duke University(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Perimeter Institute(カナダ)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of Pavia(イタリア)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] A complete and operational resource theory of measurement sharpness2024

    • 著者名/発表者名
      Buscemi, F; Kobayashi, K; Minagawa, S
    • 雑誌名

      Quantum

      巻: 8 ページ: 1235-1235

    • DOI

      10.22331/q-2024-01-25-1235

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Virtual quantum broadcasting2024

    • 著者名/発表者名
      Parzygnat, AJ; Fullwood, J; Buscemi, F; Chiribella, G
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 132 号: 11 ページ: 110203-110203

    • DOI

      10.1103/physrevlett.132.110203

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Observational entropy, coarse-grained states, and the Petz recovery map: information-theoretic properties and bounds2023

    • 著者名/発表者名
      Buscemi, F; Schindler, J; Safranek, D
    • 雑誌名

      New Journal of Physics

      巻: 25 号: 5 ページ: 053002-053002

    • DOI

      10.1088/1367-2630/accd11

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Axioms for retrodiction: achieving time-reversal symmetry with a prior2023

    • 著者名/発表者名
      Parzygnat, AJ; Buscemi, F
    • 雑誌名

      Quantum

      巻: 7 ページ: 1013-1013

    • DOI

      10.22331/q-2023-05-23-1013

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Generalized resource theory of purity: one-shot purity distillation with local noisy operations and one way classical communication2023

    • 著者名/発表者名
      Chakraborty, S; Nema, A; Buscemi, F
    • 雑誌名

      2023 IEEE ISIT

      巻: 2023 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/isit54713.2023.10206692

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Unifying different notions of quantum incompatibility into a strict hierarchy of resource theories of communication2023

    • 著者名/発表者名
      Buscemi, F; Kobayashi, K; Minagawa, S; Perinotti, P; Tosini, A
    • 雑誌名

      Quantum

      巻: 7 ページ: 1035-1035

    • DOI

      10.22331/q-2023-06-07-1035

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Computing the quantum guesswork: a quadratic assignment problem2023

    • 著者名/発表者名
      Dall'Arno, M; Buscemi, F; Koshiba, T
    • 雑誌名

      Quantum Information and Computation

      巻: 23 号: 9&10 ページ: 721-732

    • DOI

      10.26421/qic23.9-10-1

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Maxwell’s Demon walks into Wall Street: Stochastic thermodynamics meets expected utility theory2023

    • 著者名/発表者名
      Ducuara, AF; Skrzypczyk, P; Buscemi, F; Sidajaya, P; Scarani, V
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 131 号: 19 ページ: 197103-197103

    • DOI

      10.1103/physrevlett.131.197103

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Thermodynamic Constraints on Quantum Information Gain and Error Correction: A Triple Trade-Off2022

    • 著者名/発表者名
      Danageozian Arshag、Wilde Mark M.、Buscemi Francesco
    • 雑誌名

      PRX Quantum

      巻: 3 号: 2 ページ: 020318-020318

    • DOI

      10.1103/prxquantum.3.020318

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Von Neumann's information engine without the spectral theorem2022

    • 著者名/発表者名
      Minagawa Shintaro、Arai Hayato、Buscemi Francesco
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 4 号: 3 ページ: 033091-033091

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.4.033091

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Guesswork of a Quantum Ensemble2022

    • 著者名/発表者名
      Dall'Arno Michele、Buscemi Francesco、Koshiba Takeshi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Information Theory

      巻: 68 号: 5 ページ: 3139-3143

    • DOI

      10.1109/tit.2022.3146463

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Explicit Construction of Optimal Witnesses for Input-Output Correlations Attainable by Quantum Channels2021

    • 著者名/発表者名
      Dall’Arno Michele、Brandsen Sarah、Buscemi Francesco
    • 雑誌名

      Open Systems and Information Dynamics

      巻: 27 号: 04 ページ: 2050017-2050017

    • DOI

      10.1142/s1230161220500171

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fluctuation theorems from Bayesian retrodiction2021

    • 著者名/発表者名
      Buscemi Francesco、Scarani Valerio
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 103 号: 5 ページ: 052111-052111

    • DOI

      10.1103/physreve.103.052111

    • NAID

      120007175378

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fluctuation theorems with retrodiction rather than reverse processes2021

    • 著者名/発表者名
      Aw Clive Cenxin、Buscemi Francesco、Scarani Valerio
    • 雑誌名

      AVS Quantum Science

      巻: 3 号: 4 ページ: 045601-045601

    • DOI

      10.1116/5.0060893

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The type-independent resource theory of local operations and shared randomness2020

    • 著者名/発表者名
      Schmid David、Rosset Denis、Buscemi Francesco
    • 雑誌名

      Quantum

      巻: 4 ページ: 262-262

    • DOI

      10.22331/q-2020-04-30-262

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Thermodynamic reverse bounds for general open quantum processes2020

    • 著者名/発表者名
      Buscemi Francesco、Fujiwara Daichi、Mitsui Naoki、Rotondo Marcello
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 102 号: 3 ページ: 032210-032210

    • DOI

      10.1103/physreva.102.032210

    • NAID

      120007145961

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] General state transitions with exact resource morphisms: a unified resource-theoretic approach2020

    • 著者名/発表者名
      Zhou Wenbin、Buscemi Francesco
    • 雑誌名

      Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical

      巻: 53 号: 44 ページ: 445303-445303

    • DOI

      10.1088/1751-8121/abafe5

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Type-Independent Characterization of Spacelike Separated Resources2020

    • 著者名/発表者名
      Rosset Denis、Schmid David、Buscemi Francesco
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 125 号: 21 ページ: 210402-210402

    • DOI

      10.1103/physrevlett.125.210402

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Data-driven inference, reconstruction, and observational completeness of quantum devices2020

    • 著者名/発表者名
      Dall'Arno Michele、Buscemi Francesco、Bisio Alessandro、Tosini Alessandro
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 102 号: 6 ページ: 062407-062407

    • DOI

      10.1103/physreva.102.062407

    • NAID

      120007145960

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Incompatible incompatibilities, and how to make them compatible again2024

    • 著者名/発表者名
      Francesco Buscemi
    • 学会等名
      BoseStat@100: International Conference on Photonics, Quantum Information, and Quantum Communication
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Incompatible incompatibilities, and how to make them compatible again2024

    • 著者名/発表者名
      Francesco Buscemi
    • 学会等名
      Quantum TUT Workshop 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Various types of divisibility and the role they play in statistical mechanics2023

    • 著者名/発表者名
      Francesco Buscemi
    • 学会等名
      Mathematical Physics in Quantum Technology: from Finite to Infinite Dimensions
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Resource-theoretic approach to two problems in the theory of quantum measurements2023

    • 著者名/発表者名
      Francesco Buscemi
    • 学会等名
      54th Symposium on Mathematical Physics
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Measurement sharpness and incompatibility as quantum resources2023

    • 著者名/発表者名
      Francesco Buscemi
    • 学会等名
      25th Conference of the International Linear Algebra Society (ILAS 2023): minisymposium "Tensors and quantum information"
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Petz recovery, Jeffrey retrodiction, and von Neumann’s "other" entropy2023

    • 著者名/発表者名
      Francesco Buscemi
    • 学会等名
      Quantum Information Theory and Mathematical Physics 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Measurement sharpness and incompatibility as quantum resources2023

    • 著者名/発表者名
      Francesco Buscemi
    • 学会等名
      Shenzhen-Nagoya Workshop on Quantum Science
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Incompatible incompatibilities, and how to make them compatible again2023

    • 著者名/発表者名
      Francesco Buscemi
    • 学会等名
      Japanese-French Quantum Information 2023 workshop
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Unifying different notions of quantum incompatibility into a strict hierarchy of resource theories of communication2023

    • 著者名/発表者名
      Francesco Buscemi
    • 学会等名
      Aspects of quantum information and quantum foundations
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Observational entropy, coarse-grained states, and irretrodictability2023

    • 著者名/発表者名
      Francesco Buscemi
    • 学会等名
      KAIST-Nagoya GENKO Workshop on Entanglement and Quantum Markovian Process
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The theory of statistical comparison: a brief overview2022

    • 著者名/発表者名
      Francesco Buscemi
    • 学会等名
      SUSTech-Nagoya Workshop on Quantum Science
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fluctuation relations and the second law of thermodynamics from Bayesian retrodiction2022

    • 著者名/発表者名
      Francesco Buscemi
    • 学会等名
      Quantum Information and Probability: from Foundations to Engineering (QIP22)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The theory of statistical comparison: where do we stand2022

    • 著者名/発表者名
      Francesco Buscemi
    • 学会等名
      15th Biennial Quantum Structure Conference
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Von Neumann's other entropy: observational entropy, coarse-grained states, and Petz recovery maps2022

    • 著者名/発表者名
      Francesco Buscemi
    • 学会等名
      Quantum extreme universe from quantum information
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Observational entropy, coarse-grained states, and irretrodictability2022

    • 著者名/発表者名
      Francesco Buscemi
    • 学会等名
      Third Kyoto Workshop on Quantum Information, Computation, and Foundation
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] About the incompatibility of quantum measurement processes2022

    • 著者名/発表者名
      Francesco Buscemi
    • 学会等名
      Quantum IT: from fundamentals to applications
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A hierarchy of resource theories of quantum incompatibility2022

    • 著者名/発表者名
      Francesco Buscemi
    • 学会等名
      Quantum resources: from mathematical foundations to operational characterisation
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Retrodiction in stochastic thermodynamics2021

    • 著者名/発表者名
      Buscemi Francesco
    • 学会等名
      52 Symposium on Mathematical Physics
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The "thermodynamic reverse bound" and the role of retrodiction in the Second Law2021

    • 著者名/発表者名
      Buscemi Francesco
    • 学会等名
      SUSTech-Nagoya workshop on Quantum Science
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Prediction, retrodiction, and the Second Law of Thermodynamics2021

    • 著者名/発表者名
      Buscemi Francesco
    • 学会等名
      Summer School on Quantum Information and Quantum Technology 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Bayesian Retrodiction and the Second Law of Thermodynamics2021

    • 著者名/発表者名
      Buscemi Francesco
    • 学会等名
      Louisiana State University Quantum Science and Tecehnology Seminar Series
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] The Petz map in maths, information theory, and physics: an overview2021

    • 著者名/発表者名
      Buscemi Francesco
    • 学会等名
      Workshop on Quantum Information and Quantum Black Holes
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Bayesian Retrodiction and the Second Law of Thermodynamics2021

    • 著者名/発表者名
      Buscemi Francesco
    • 学会等名
      Second Kyoto Workshop on Quantum Information, Computation, and Foundation
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A walk through the zoo of quantum information entropies2021

    • 著者名/発表者名
      Buscemi Francesco
    • 学会等名
      Quantum Information Entropy in Physics
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fluctuation theorems from Bayesian retrodiction2021

    • 著者名/発表者名
      Buscemi Francesco
    • 学会等名
      13th Annual Symposium of the Centre for Quantum Technologies (CQT), Singapore
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The "thermodynamic reverse bound" and the role of retrodiction in the Second Law2021

    • 著者名/発表者名
      Buscemi Francesco
    • 学会等名
      NCTS Annual Theory Meeting 2021: Quantum Physics, Quantum Information, and Quantum Technologies
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Optimal hiding/masking of quantum information2020

    • 著者名/発表者名
      Buscemi Francesco
    • 学会等名
      Online Workshop on Quantum Information, Computation, and Foundations
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantum entanglement: from basic question to technological resource2020

    • 著者名/発表者名
      Buscemi Francesco
    • 学会等名
      KIAS School of Computational Sciences, Online Colloquium Series
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Statistical tests of "quantumness": from mathematics to technology2020

    • 著者名/発表者名
      Buscemi Francesco
    • 学会等名
      20th Asian Quantum Information Science Conference (AQIS 2020)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] Beyond cloning

    • URL

      https://phys.org/news/2024-03-cloning-harnessing-power-virtual-quantum.html

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] Logic can replace physics in deriving...

    • URL

      https://www.quantumlah.org/about/highlight/2021-05-logical-retrodiction-fluctuation-relations

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] 推量問題の解析的特徴付けに成功

    • URL

      https://www.waseda.jp/top/news/78458

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] 早稲田大学 推量問題の難しさの解析的特徴付けに成功

    • URL

      http://www.shikoku-np.co.jp/prwire/detail.aspx?id=202202157391

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] A first step towards quantum algorithms...

    • URL

      https://phys.org/news/2022-03-quantum-algorithms-minimizing-guesswork-ensemble.html

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] In einer bahnbrechenden Studie...

    • URL

      https://www.nach-welt.com/in-einer-bahnbrechenden-studie-haben-forscher-analytische-losungen-fur-das-ratselraten-problem-fur-quanten-ensembles-abgeleitet-sciencedaily/

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] Perspective Article about our results

    • URL

      https://quantum-journal.org/views/qv-2020-05-07-35/

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi