Semi-device independent randomness certification using Mermin's proof of Kochen-Specker contextuality
随机性是密码学、模拟和算法的潜在资源。非本地相关违反贝尔不等式证明生成的位串，其随机性是保证在一个设备无关的方式。通过Kochen-Specker（KS）上下文，我们提供了有趣的半设备无关的随机性认证协议。为此，我们首先将两量子比特系统KS上下文性的Mermin幻方证明转化为一个半设备独立的通信博弈。这提供了两比特随机性的半设备独立认证。利用Mermin对三比特系统KS定理的幻星证明，证明了三比特系统的随机性。我们猜想，我们的建议可以扩展到证明任何任意位的随机性，通过一个合适的KS证明的上下文有效的高维系统。
2020-12-27 quant-ph
Contextuality and Wigner function negativity in qubit quantum computation
我们描述了一个方案的量子计算的魔术状态的量子比特的上下文是一个必要的资源所拥有的魔术状态。更一般地说，我们建立上下文作为一个必要的资源，所有计划的量子计算与魔术状态的量子比特，满足三个简单的假设。此外，我们确定严格的一致性条件，这样的计算方案，揭示了一般结构的负维格纳函数，硬度的经典模拟的计算，和上下文连接。
2017-06-25 quant-ph
Event-based quantum contextuality theory
针对现有互文性理论仅适用于秩1投影算符的局限，提出基于事件的量子互文性理论，采用排他性部分布尔代数构建通用数学框架，引入更完备的互文性层级，并证明有限维系统中Kochen-Specker互文性等价于态无关强互文性，是最强的互文性形式。
2025-01-16 quant-ph
Quantum state-independent contextuality requires 13 rays
我们发现，无论希尔伯特空间的维度，不存在一组射线揭示状态独立的上下文少于13射线。这意味着由Yu和Oh提出的三维集合[Phys. Rev. Lett. 108，030402（2012）]实际上是量子理论中的最小集。这与Kochen-Specker集的情况形成对比，其中最小的集合出现在4维中。
2016-09-09 quant-ph
Quantum communication games manifest preparation contextuality
通信游戏是一种协作信息处理任务，涉及许多通信有限的玩家。这种游戏是研究物理理论的有用工具。当观察到的行为不能用一个准备非语境模型来解释时，一个物理理论就表现出准备语境性。在这里，我们表明，在通信游戏的性能和准备（非）上下文的程度之间有一个基本的连接。出于这个目的，我们提出了一个一般的框架，使我们能够构建通信游戏，使游戏的性能对应的准备（非）上下文的措施。我们通过以下几个方面来说明这个框架的威力：1）推导出许多准备情境性检验的例子; 2）证明贝尔不等式的量子违反可以从准备非情境性的量子违反中推导出来; 3）定性和定量地解释量子通信博弈中准备情境性的相关先前结果，4）解决了揭示任意维最大混合量子态制备背景的公开问题。
2017-05-12 quant-ph
Contextuality, superlocality and nonclassicality of supernoncontextuality
National Cheng Kung University（国立成功大学）；National Center for Theoretical Sciences, National Taiwan University（台湾大学国家理论科学中心）；Poornaprajna Institute of Scientific Research (PPISR)（普尔纳普拉吉纳科学研究学院）
本文提出超非情境性作为超越情境性的非经典性概念，通过半设备无关情境性研究两量子比特系统的非经典性表现。
2024-11-20 quant-ph
On-chip semi-device-independent quantum random number generator exploiting contextuality
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院）；IHP – Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik（IHP – 莱布尼茨创新微电子研究所）；Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；University of Florence（佛罗伦萨大学）；QTI s.r.l.（QTI有限公司）
通过集成两个硅光子芯片实现基于KCBS上下文性不等式违背的半设备无关量子随机数发生器，利用单光子干涉的固有随机性生成随机数，并基于违背量认证条件最小熵为每轮0.077比特，生成速率21.7比特/秒。
2026-06-16 quant-ph
Local finite rate semi device independent randomness expansion from quantum contextuality
Center for Quantum Science and Technology, Indian Institute of Technology, Mandi（印度技术学院曼迪分校量子科学与技术中心）；School of Physical Sciences, Indian Institute of Technology, Mandi（印度技术学院曼迪分校物理科学学院）
该研究提出基于单局域方量子上下文性的半设备无关随机性扩展协议模板，推导其有限统计下的率，可修改近期无漏洞NC不等式实验实现用于安全RE。
2026-10-21 quant-ph
Contextuality and correlation loopholes are equivalent
本文证明包含测量设备效应的语境隐变量可通过格林函数向后传播至初始柯西隐数据，在类空不相交集合不相关时可推导出CHSH-Bell不等式，但关联漏洞仍未闭合。
2023-04-11 quant-ph
Necessary and sufficient conditions for state-independent measurement contextual scenarios
被认为是在一个给定的希尔伯特空间维度识别测量方案能够揭示状态无关的上下文的问题。我们首先证明，对于任何给定的维度$d$和任何由投影测量组成的测量场景，（i）量子态的上下文性的测量完全由其光谱决定，因此纯态和最大混合态代表上下文行为的两个极端，和（ii）状态无关的上下文等价于最大混合状态的上下文直到全局酉变换。然后，我们推导出一个必要和充分条件的正交图表示的测量方案，以揭示状态无关的上下文。这个条件给出的分数色数的图形$χ_f(G)$，并示出识别所有的状态无关的上下文测量的情况下，包括那些超出原来的Kochen-Specker范式\cite{Yu-Oh}。
2014-01-30 quant-ph
Device-independent quantum secret sharing using Mermin-type contextuality
我们提出了一个新的量子秘密共享协议的基础上Mermin型情境的最新进展，它有一定的安全性保证，对后量子无信号攻击。秘密共享协议的一个基本假设是，并非所有参与者都是可信方，并且一些参与者可能相互勾结并与窃听者勾结以破坏机密性。在这种程度上，量子秘密共享引入了一个新的安全层，使窃听检测通过纠缠态和不可交换的可观。然而，如果协议依赖于不受信任的设备来实现，则更彻底的安全分析变得至关重要：例如，不能排除某些参与者可能与设备供应商勾结。在本文中，我们把最近的发展Mermin型上下文工作在一个新的量子秘密共享协议。测量场景所展示的最大上下文性（又名最大非局部性或零局部分数）导致了一些与设备无关的安全保证，可以抵御非信令攻击者-无论是经典的，量子的还是后量子的。
2017-02-15 cs.CR quant-ph
Significant-loophole-free test of Kochen-Specker contextuality using two species of atomic-ions
量子测量不能被认为是揭示了先前存在的结果，即使它们不干扰同一试验中的任何其他测量。这种特性被称为上下文性，对于计算中的量子优势至关重要。在这里，我们报告的第一个观察到的量子上下文同时没有检测，清晰度和兼容性的漏洞。通过采用混合双离子系统和提供$100\%$的检测效率和$>98\%$的测量重复性的高效荧光测量来关闭检测和锐度漏洞。通过针对Paul阱中的两种不同离子（$^{171}\mathrm{Yb}^{+}$离子和$^{138}\mathrm{Ba}^{+}$离子）的可观测量之间的相关性来关闭兼容性漏洞，选择所述可观测量使得对每个离子的测量使用不同的操作激光波长、荧光波长和检测器。实验结果表明，违反了最具对抗性的非上下文模型的界限，并开辟了一种新的方式来证明量子系统。
2021-12-27 quant-ph
Quantum contextuality provides communication complexity advantage
尽管上下文在量子力学中的概念重要性，但迄今为止，需要上下文而不是纠缠的应用数量有限。在这里，我们表明，对于任何量子态和观测的足够小的尺寸产生上下文，存在一个通信任务与量子优势。相反，在这个任务中，任何量子优势只要有一个额外的条件成立，就需要证明上下文相关性。我们进一步表明，给定任何一组允许量子态独立的上下文的可观测量，存在一类通信任务，其中经典和量子通信复杂性之间的差异随着输入数量的增加而增加。最后，我们展示了如何将这些通信任务中的每一个转换成一个半设备无关的量子密钥分发协议。
2023-03-04 quant-ph
Investigating the Global Properties of a Resource Theory of Contextuality
资源理论构成了一个强大的理论框架和工具，捕捉，在一个抽象的结构，语用方面的最多样化的理论和过程。对于物理学理论来说，虽然这个框架直接处理关于执行任务和过程的具体可能性的问题，但资源理论也使我们有可能在一种新的语言上重铸这些已经建立的理论，不仅为物理现象作为技术发展的宝贵资源的潜力提供了新的视角，而且还为这些理论的基础提供了见解。在这项工作中，我们将研究量子上下文的资源理论的一些属性，量子现象的一个基本特征，确保不可能解释的结果，量子测量揭示的属性是独立的一组测量。我们将提出要研究的资源理论，并使用工具和方法来研究该理论的某些全局属性，这些工具和方法虽然已经在其他资源理论中被社区开发和研究，但尚未被用于描述上下文的资源理论。特别是，我们将使用所谓的成本和产量单调性，将参考量子4，280（2020）的结果扩展到一般的上下文场景。
2022-10-07 quant-ph
Single-photon quantum contextuality on a chip
在经典物理学中，物体的性质独立于上下文存在，即是否以及如何进行测量。量子物理学表明这种假设是错误的，自然确实是“上下文”的。背景性已经在最简单的物理系统如单粒子中观察到，并且在量子计算优势中起着基础作用。在这里，我们第一次展示了集成光子芯片中的量子上下文。该芯片实现了对单个光子在四种不同空间模式下的不同组合的测量。我们发现违反了CHSH一样的非上下文不平等的14个标准差。这为基于上下文的量子供电协议的紧凑型便携式设备铺平了道路。
2017-05-17 quant-ph
Bounding the quantum dimension with contextuality
我们表明，量子上下文现象可以用来证明测量设备访问的维度上的下限。为了证明这一点，我们推导出最简单的noncontextuality不等式的不同尺寸和场景的界限。由此产生的维度见证独立于准备好的量子态工作。我们的结构是强大的噪声和缺陷，我们表明，最近的实验可以被看作是一个独立的量子维证人的实施。
2014-06-11 quant-ph
Delayed Choice Contextuality: A way to rule out Contextual Hidden Variables
一个博士生被锁在一个盒子里，通过模仿外部观察者指定的任何可行的可观察量的测量统计来模仿量子系统。在第二个盒子里是一个真正的量子系统。任何一个盒子都可以用来通过情境性测试--从外部观察者的角度来看，在操作上是无法区分的。没有办法根据任何上下文测试的输出统计数据来区分这两个盒子。这就给上下文测试带来了一个严重的问题，因为上下文测试可以作为独立于设备的量子性的可行测试，并且严重限制了上下文作为操作资源的实际使用。在这里，我们通过建立实验技术来纠正这个问题，以区分真正量子的上下文系统，以及通过巧妙使用隐藏变量来模仿它的上下文系统。
2015-06-17 quant-ph
Noncontextual wirings
上下文性是量子理论的一个基本特征，是量子计算和量子通信所必需的。因此，已经采取了认真的步骤，以建立一个正式的框架，将背景作为一种业务资源。然而，资源理论最重要的组成部分--语境自由运作的具体、明确的形式--仍然缺失。在这里，我们提供了这样一个组件，通过引入非上下文连接：一个物理动机类的上下文无关的操作与友好的参数化。我们完全描述了具有任意多个输入和输出的黑盒测量设备的一般情况。作为应用，我们表明，上下文的相对熵是上下文单调和最大的上下文框，作为上下文位存在广泛的一类场景。我们的研究结果完成了一个统一的资源理论框架的上下文和贝尔非局域性。
2017-05-22 quant-ph
Sum-of-squares decompositions for a family of noncontextuality inequalities and self-testing of quantum devices
违反非上下文不等式或称为“量子上下文”的现象是量子理论的一个基本特征。在这篇文章中，我们推导出一个新的家庭的noncontextuality不等式，以及他们的平方和分解在最简单的（奇数周期）序贯测量的情况下，能够证明Kochen-Specker上下文。利用平方和分解，我们得到了这些不等式的最大量子破坏以及达到这个最大量子破坏的任何状态和测量所必须满足的一组代数关系，并证明了这些不等式可用于三维量子态和测量的自检验.值得注意的是，所提出的自我测试结果依赖于一个单一的假设的测量设备，这是弱得多的假设，认为在Kochen-Specker上下文。
2022-03-04 quant-ph
Distinguishing Bohmian contextuality from Kochen-Specker contextuality
Stanford University（斯坦福大学）；Linköping University（林雪平大学）
本文通过提出一种无玻姆语境性的语境本体模型，证明玻姆语境性并非科亨-斯佩克语境性的必要条件，从而区分了这两种语境性。
2026-05-26 quant-ph
Contextuality offers device-independent security
量子密钥分发是由Bennett和Bennard（BB84）基于量子的基本功能：量子非对易观测量测量的不相容性而发现的。在1991年，埃克特证明了在纠缠（相关）量子粒子的帮助下，可以在一定距离处生成密钥。最近Barrett，Hardy和Kent证明了Ekert使用的非定域性本身就是一个很好的密钥资源，甚至超越了量子力学。他们的结果为新一代量子密码协议铺平了道路-即使设备是由窃听者建造的也是安全的。然而，有一个问题，从实践和哲学的角度来看都是根本性的：自然界是否基于量子密码学背后的原始概念提供操作层面的安全性-关于一个可观察对象的信息增益必须对另一个不兼容的对象造成干扰？在这里，我们通过使用量子世界的另一个显著特征--上下文性来解决这个问题。这是著名的Kochen-Specker悖论中表现出的不相容性的一个强版本。关键的概念是使用一类新的二分概率分布族。我们表明，如果两个人共享系统，局部表现出Kochen-Specker悖论，此外，表现出完美的相关性，那么他们可以提取安全的密钥，即使他们不信任的量子设备。这是第一个直接实现自然基本特征的操作协议：信息增益与干扰权衡。为了证明，我们展示了一个新的贝尔不等式，这是有趣的本身。安全性的证明不是通过利用量子力学对不等式的强烈违反（正如人们通常所做的那样），而是通过论证，量子力学不能违反它太多。
2010-06-02 quant-ph
Two-letter words and a fundamental homomorphism ruling geometric contextuality
作者最近认识到，量子语境范式可以用两字母自由群$G$的某些子群的性质及其对应的点线入射几何$\mathcal{G}$来表述。我介绍了一个基本的同态$f$映射（无限多）字G的排列统治的对称性$\mathcal{G}$。$f$的亚结构以一种直接的方式揭示了几何语境的本质。
2016-05-20 math-ph math.GR math.MP
Optimal and Feasible Contextuality-based Randomness Generation
该研究针对半设备无关的上下文性随机性生成范式，提出最优可行的正交图族、松弛测量假设的ε-正交图方案，证明单比特几乎具上下文性，并指出了DI场景外的潜在攻击。
2025-08-03 quant-ph
Constrained Measurement Incompatibility from Generalised Contextuality of Steered Preparation
本研究在广义概率理论框架下证明单侧N个测量的不相容性是揭示另一侧子系统广义互文性的充要条件，提出新型相容不等式并指出广义互文性约束测量不相容程度、超选出量子理论。
2024-12-15 quant-ph
Experimental demonstration of fully contextual quantum correlations on an NMR quantum information processor
量子力学中语境性的存在是对世界经典描述的根本背离。目前，对确定不能比量子理论更有语境的场景的探索处于量子语境研究的最前沿。在这项工作中，我们在NMR量子信息处理器上，分别在8维和4维希尔伯特空间上实验测试了两个能够揭示完全上下文量子关联的不等式。投影机与上下文的不平等首先重新制定的泡利运营商，这可以在NMR实验中确定。我们还分析了每个不等式在底层量子态旋转下的行为，旋转将其酉变换为另一个纯态。
2019-03-24 quant-ph
Ontological models and the interpretation of contextuality
研究实在论与量子力学的兼容程度，可以让我们了解量子力学的宇宙，而不管这些实在论假设是否正确。最近人们也认识到，这些类型的研究对于与量子信息和计算有关的问题是富有成效的。出于这一动机，我们扩展的本体模型形式主义的现实理论来描述一套理论，强调的作用，测量和准备设备通过引入“隐变量”来描述它们。我们说明了本体模型的形式主义和我们的概括，它通过一系列的例子模型从文献中。我们的形式主义的扩展，使我们能够定量分析的意义的上下文（成功的现实理论的约束），发现-在面值-它可以实现为一个系统和测量设备的配置之间的自然交互。然而，我们也描述了一个属性，我们称之为不足，这是从上下文，但不承认这样一个自然的解释。不严格地说，亏量破坏了量子力学中准备和测量之间的对称性。这是一个性质，即在量子态psi中准备的系统实际可能处于的实体态的集合严格小于将确定地揭示测量结果psi的实体态的集合。
2007-09-26 quant-ph
Device-independent certification of Hilbert space dimension using a family of Bell expressions
Dimension Witness提供了再现观察数据所需的最小尺寸的独立于设备的认证，而无需对用于生成实验统计数据的设备的功能进行假设。本文给出了一族Bell表达式，其中Alice和Bob分别执行$2^{n-1}$和$n$数的二分测量，作为$2^{m}$维数的Hilbert空间的设备无关维数见证，并使用$m=1,2..2^{\lfloor n/2\rfloor}$ .这里考虑的贝尔表达式的家庭确定的成功概率称为$n$位奇偶不经意的随机访问码的通信游戏。奇偶遗忘约束等价于运算理论本体论模型中的准备非上下文性假设。对于任何给定的$n\geq 3$，如果这样的约束施加在随机访问码的编码方案上，则Bell表达式的局部界限减少到准备非上下文界限。对于$n=4,5$情形，我们给出了明确的例子，证明了相关的Bell表达式证明了量子比特和双量子比特系统，对于$n=6$情形，相关的Bell表达式证明了量子比特、双量子比特和三量子比特系统.我们进一步证明了共享的量子制备上下文的多个鲍勃顺序检查是否鲍勃共享的制备上下文的数量是依赖于系统的维数。我们提供了明确的$n=5$和$6$的例子，以证明顺序共享上下文的鲍勃的数量保持相同的任何$2^{m}$维系统。
2020-12-27 quant-ph
State independent contextuality advances one-way communication
虽然“量子语境性”是最基本的非经典特征之一，但它在信息处理和计算中的一般作用是一个开放的探索。在这篇文章中，我们提出了一个家庭的分布式计算任务的每一个Kochen-Specker（KS）上下文的逻辑证明在两个不同的单向通信场景：（I）有界维系统的通信，（II）无界维系统的通信，同时保持一定的信息不经意，即不经意的通信（OC）。由于后者仍然在很大程度上未被探索，我们介绍了OC任务的一般框架，并提供了一种方法来获得OC任务在经典通信中的成功上限。我们表明，量子通信组成的每一个KS向量集优于经典的通信，并完美地完成了上述两种情况下的任务。我们明确地讨论了有关的最简单的状态独立的上下文集的三维和四维的通信任务。我们的结果建立了一个操作意义的单系统上下文和开放的可能性，半设备无关的量子信息处理的基础上。此外，我们确定OC任务的任何优势作为准备上下文的见证。
2019-10-16 quant-ph
Haunted quantum contextuality versus value indefiniteness - a minority report
物理实体最终是从基本的是/否事件中（重新）构建的，特别是记录量子的探测器或测量设备中的点击。最近，对某些此类滴答声的解释引起了毫无根据的主张，这些主张既不必要也不充分，尽管它们是以这种方式提出的。特别是，点击既不能归纳支持，也不能“（否定）证明”Kochen-Specker定理，这是一个形式化的结果，有一个演绎证明的矛盾。更重要的是，所谓的量子语境性的经验证据，这是从量子关联违反经典概率的界限“推断”出来的，是基于高度非平凡的假设，特别是物理全知。
2011-07-21 quant-ph
Contextuality sans incompatibility in the simplest scenario: Communication supremacy of a qubit
本文提出带制备约束的双方制备—测量通信博弈，仅用三结果极值量子比特测量实现无测量不相容性的语境性，并证明其在受约束 HFW 情境中优于 c-bit。
2025-06-10 quant-ph
Contextuality under weak assumptions
在量子理论中，情境性的存在首先是由贝尔、科亨和斯派克强调的，他们发现对于三维或三维以上的量子系统，测量不能被视为揭示系统的预先存在的性质。更准确地说，没有一个模型能够以只依赖于投影而不依赖于它出现的背景（投影的全部集合）的方式，将确定性结果分配给量子测量的投影者，尽管与投影者相关的玻恩规则概率与背景无关。由Spekkens引入的一个更一般的，可操作的上下文定义，我们将其称为“概率上下文”，放弃了确定性的假设，并允许将测量以外的操作视为上下文。概率非语境性（Probably noncontextuality）代表了这样一种假设，即一个运算理论的元素，如果不能根据任意多个重复实验的统计数据来相互区分，那么它们在本体论上是相同的。在本文中，我们介绍了一个框架，使我们能够区分不同的非语境性假设之间的关系，在理论中的对象的本体表示之间的关系，给出了一定的关系，他们的操作表示。这个框架可以用来激发和定义一个“可能性”的类比，封装的想法，一个操作理论的元素，不能明确区分操作也不能明确区分本体论。然后，我们证明了可能性noncontextuality是等价的一个替代的概念提出的哈代。最后，我们证明了这些较弱的非上下文性假设足以证明已知的“不去”定理的替代版本，约束$ψ$ -量子力学的认知模型。
2017-04-06 quant-ph
Hypergraph Contextuality
量子上下文性是量子计算能力的一个来源，也是经典结构和量子结构之间的一种理论联系。它已经被大量的实验所证实，并促使产生状态独立的上下文集，即能够揭示给定维度的任何量子态的量子上下文性的量子可观测集。有两大类与状态无关的上下文集-Kochen-Specker上下文集和基于操作符的上下文集。在本文中，我们提出了第三，超图为基础的类的上下文集。超图不等式用作上下文性的度量。我们将自己限制在qutrits，并获得数千个3-dim上下文集。其中最简单的只涉及5个量子可观测量，因此可以直接实现。它们还能够建立新的熵上下文。
2019-11-15 math-ph math.MP quant-ph
Logic of Local Inference for Contextuality in Quantum Physics and Beyond
量子物理学中的情境性为量子信息和计算提供了一个重要的资源。[Abramsky和Brandenburger，New J.Phys.，2011年，Abramsky等人，CSL 2015，2015]将语境性描述为“全球不一致性”加上“局部一致性”，揭示它是一种在许多其他领域也存在的现象。这就产生了一种逻辑方法来检测和证明语境的“全局不一致”部分。我们的目标是捕捉其他，“本地一致性”的一部分，这需要一个新的方法来逻辑，是敏感的拓扑结构的上下文。为了实现这一点，我们制定了一个逻辑的本地推理，使用上下文敏感的理论和模型，在常规类别。这为局部一致性提供了一个统一的框架，并为检测、证明以及使用上下文作为计算资源的高级方法奠定了基础。
2016-05-28 cs.LO math.LO quant-ph
A computational test of quantum contextuality, and even simpler proofs of quantumness
本研究受单设备量子优势经典检验启发，通过密码学强制时间分离，将任意互文性博弈编译为单量子设备的计算型互文性检验，并设计了更简单的量子性证明。
2024-10-28 cs.CR quant-ph
Local contextuality-based self-tests are sufficient for randomness expansion secure against quantum adversaries
本文证明基于局域上下文性的自测试足以构建对计算无界量子敌手安全的随机性扩展协议，并给出渐近安全性与鲁棒性参数和输出长度的定量关系。
2024-09-30 quant-ph
Exploring Quantum Contextuality to Generate True Random Numbers
随机数是许多应用程序不可或缺的资源。最近的一个显著成果是认识到量子力学中的非定域性可以通过贝尔定理来证明真正的随机性，以与设备无关的方式产生可靠的随机数。在这里，我们探索的上下文方面的量子力学，并表明，真正的随机数可以产生只用单qutrit（三态系统）没有纠缠和非局域性。特别是，我们表明，任何观察到的违反Klyachko-Can-Binicioglu-Shumovsky（KCBS）不等式[物理学评论快报。101，20403（2008）]提供了真正随机性的正下限。作为一个概念验证实验，我们证明与光子qutrits，至少5246净真随机数产生的置信水平为99.9%。
2013-01-25 quant-ph
Contextuality-based quantum key distribution with deterministic single-photon sources
本文利用自组装InAs(Ga)As量子点单光子源产生量子情境性，提出半设备无关量子密钥分发协议，无需理想投影测量，适用于自由空间信道，推动实用量子通信。
2025-10-15 quant-ph
Harvesting Contextuality from the Vacuum
University of Innsbruck（因斯布鲁克大学）
本文提出通过Unruh-DeWitt模型从真空获取量子上下文性，并探讨其与纠缠和魔法的关系。
2026-02-04 gr-qc quant-ph
Characterising and bounding the set of quantum behaviours in contextuality scenarios
量子理论的预言抵制广义的非上下文解释。除了这一事实的基础相关性之外，量子理论违反非语境性的特定程度限制了通信和信息处理中可用的量子优势。在这项工作的第一部分中，我们正式定义上下文场景通过测量和测量实验，以及多面体的一般上下文行为包含一组量子上下文行为。这个框架使我们能够在这些场景中恢复一组量子行为的几个属性，包括上下文场景和相关的非上下文不等式，这些不等式要求它们的违反单个量子制备和测量过程是混合状态和非尖锐测量。在适当的框架，我们制定了新的半定规划松弛约束这些套量子上下文行为。最重要的是，为了避免纯态和投影测量的不足，在上下文的情况下，我们提出了一种新的酉算子为基础的半定松弛技术。我们证明了这些弛豫的有效性，通过获得严格的上界的量子违反几个noncontextuality不等式，并确定新的最大上下文量子策略。为了进一步说明这些松弛的多功能性，我们证明了一夫一妻制的准备上下文在三方设置，并提出了一个安全的半设备无关的量子密钥分发方案，由量子优势在奇偶不经意的随机存取码。
2021-06-24 quant-ph
Quantum contextuality in the Mermin-Peres square: A hidden variable perspective
考虑Mermin-Peres平方中量子上下文的隐变量解释问题。Kochen-Specker定理意味着量子力学可以被解释为上下文隐变量理论。它示出，这样的隐藏变量描述可以被看作是上下文中的随机变量映射隐藏状态可观察到的结果或在隐藏状态空间上的概率测度。后一种观点认为，这种明显的上下文关系可以被解释为测量干扰的简单结果，其中初始隐藏状态通过与测量设备的相互作用而改变，从而产生可能不同的最终隐藏变量状态，从该状态获得测量结果。根据这一观察，一个更少的限制，可以说，更合理的定义的非语境性的建议。为了证明这样的描述是可能的，一个明确的，在这个意义上，noncontextual隐变量模型的构造再现所有量子理论预测的Mermin-Peres平方。本文还对最近提出的一些语境性实验测试进行了批判性分析。虽然讨论仅限于四维希尔伯特空间，但方法和结论有望推广到任何希尔伯特空间。
2021-04-28 quant-ph
Strong $O$-valued contextuality: ruling out discrete nondeterministic alternatives to quantum theory
The University of Hong Kong（香港大学）
研究排除量子理论离散非确定性替代方案，通过构建有限测量配置，采用状态依赖哈迪型测试和广义KS定理两种方式，扩展层理论框架引入强\(O\)值语境性，探讨对多值逻辑及相关协议的影响。
2026-07-17 quant-ph
Optimal Measurement Structures for Contextuality Applications
本文证明KS证明中的01-gadget及其推广为零误差通信、量子与广义概率论分离及半设备无关随机数生成等情境性应用提供最优工具，并引入高阶gadget作为构建块构造态无关情境性证明。
2023-04-19 quant-ph
Revealing quantum properties with simple measurements
自量子力学诞生以来，出现了许多令人困惑的现象，如互补性、纠缠性、上下文性等，这些现象使量子力学区别于经典世界。所有这些现象都是基于量子力学中非对易观测量的存在。此外，这些效应产生的优势使量子技术超越了经典技术。在本课程讲稿中，我们将探讨这些现象的两个突出例子：互补性和纠缠。我们讨论了它们的一些基本性质，并介绍了它们的实验研究的一般方法。通过这种方式，我们发现了互补性和纠缠研究之间的许多联系。其中一种联系是柯西-施瓦茨不等式，它有助于制定定量测量程序来观察互补性和纠缠。
2016-11-23 quant-ph
Contextuality offers security
量子密钥分发是由Bennett和Bennard（BB84）基于量子的基本功能：量子非对易观测量测量的不相容性而发现的。在1991年，埃克特证明了在纠缠（相关）量子粒子的帮助下，可以在一定距离处生成密钥。最近Barrett，Hardy和Kent证明了Ekert使用的非定域性本身就是一个很好的密钥资源，甚至超越了量子力学。他们的结果为新一代量子密码协议铺平了道路-即使设备是由窃听者建造的也是安全的。然而，有一个问题，从实践和哲学的角度来看都是根本性的：大自然是否提供了基于量子密码学背后的原始概念的操作层面的安全性-关于一个观察者的信息增益必须对另一个不兼容的观察者造成干扰？在这里，我们通过使用量子世界的另一个显著特征--上下文性来代替非定域性来解决这个问题。这是著名的Kochen-Specker悖论中表现出的不相容性的一个强版本。关键的概念是使用一类新的家庭的二分概率分布，局部表现出Kochen-Specker悖论的条件，此外，表现出完美的相关性。我们表明，如果两个人共享这样的家庭所描述的系统，那么他们可以提取安全的密钥。这是第一个直接实现自然基本特征的操作协议：信息增益与干扰权衡。同时，它提供了适合当前技术的量子力学内的自然设备无关的密码方案。
2010-06-07 quant-ph
Exclusion reshapes the operational manifestation of preparation contextuality
S. N. Bose National Centre for Basic Sciences（S.N. 玻色基础科学国家中心）；Department of Physics and Center for Quantum Frontiers of Research and Technology (QFort), National Cheng Kung University（国立成功大学物理系与量子前沿研究与技术中心(QFort)）
本文研究了在无奇偶约束下，排除替代检索任务如何改变准备上下文性的操作表现，发现排除在量子领域具有优势，而检索则没有。通过引入POREC码，证明了在素数符号大小m下，经典和非准备上下文编码提供了紧致的非上下文界限，而首个非平凡情况下的精确量子位最优解违反了这一界限。
2026-05-09 quant-ph
Unsharp eigenvalues and quantum contextuality
Kochen-Specker定理、贝尔不等式和其他几个用来排除隐变量理论的检验都假设存在具有无穷尖特征值的观测量。一个典型的例子是自旋-1/2。它是用Stern-Gerlach阵列测量的，该阵列的输出被分为两类，自旋向上和自旋向下，对应于在检测屏幕上观察到的两个点。光斑的有限尺寸归因于测量装置的缺陷。这个假设把实验输出变成一个二分的，离散的，从而允许每个点的分配到一个无限尖锐的本征值。或者，我们可以假设光斑的有限大小源于跨越连续范围的本征值。我们能否定这样的假设吗？我们是否可以通过假设，例如，电子的磁矩对所有电子来说并不完全相同我们解决这些问题，专注于佩雷斯Mermin版本的贝尔-Kochen-Specker定理。它表明，不尖锐的本征值的假设排除了非上下文隐变量理论，因此量子上下文不会出现。类似的结果也适用于Bell-like不等式。这代表了一个新的漏洞，破坏了量子力学的几个基本测试，并提出了关闭它的挑战。
2014-10-01 quant-ph
Theory-independent monitoring of the decoherence of a superconducting qubit with generalized contextuality
Institute for Quantum Optics and Quantum Information, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院量子光学与量子信息研究所）；Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ), Faculty of Physics, University of Vienna（维也纳大学物理学院维也纳量子科学与技术中心）；Department of Physics, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院物理系）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（基础物理研究所）
本文提出一种不依赖理论的过程重构方法，用于监测超导量子比特的退相干现象，展示了系统在不假设量子理论的情况下如何通过广义情境性分析其退相干过程，并揭示了非马尔可夫演化特性。
2026-03-17 quant-ph
Quantum contextuality with mixed states of 1D symmetry-protected topological order
University of New Mexico（新墨西哥大学）
研究一维对称保护拓扑序的热混合态在量子上下文性游戏中的量子优势，通过扭曲字符串序参数和对称表示期望值的结合，证明在有限系统规模下量子优势可维持非零临界温度。
2026-03-13 cond-mat.str-el quant-ph
Bridging the gap between general probabilistic theories and the device-independent framework for nonlocality and contextuality
用信息论原理描述量子关联是量子基础的一个热门章节。传统上，这个范围所采用的原则是用条件概率分布来表达的，它指定了黑盒在接收到某个输入时产生某个输出的概率。这种框架被称为“设备无关”。量子基础的另一个主要章节是量子理论的信息论表征，包括它的状态集和测量集，以及它允许的动力学。为这一范围所采用的不同框架被称为“一般概率理论”。除了少数例外，关于确定量子相关性和确定量子理论的两个方案迄今为止一直在不同的轨道上进行，每个方案都在发展自己的方法和议程。本文旨在通过比较这两个框架并说明这两个方案如何能够相互受益来弥补这一差距。
2016-03-11 cs.CR cs.GT cs.LO
Experimental test of non-classicality of quantum mechanics using an individual atomic solid-state quantum system
量子力学提供了一种关于自然的统计描述，因此，如果它的统计预测不能用一些具有隐变量的现实模型来解释，那么它就是不完整的。然而，有两个强有力的定理反对隐变量理论，表明某些量子特征不能基于两个基本前提来再现，这两个基本前提是经典性，贝尔定理和非上下文性，由于贝尔，科亨和斯派克（BKS）。对贝尔不等式和BKS定理的检验是一个很有意义的问题。贝尔定理已经在许多不同的系统上得到了广泛的实验验证，而量子上下文性，它与非定域性无关，甚至在单个物体中也能表现出来，在实验上要求更高。此外，上下文已被证明发挥关键作用，以提供“魔术”的量子计算，使更广泛的实验验证的潜在系统的量子计算更加严格。在这里，我们报告了一个实验验证的单个原子核自旋1系统在固体环境条件下的量子上下文。这样一个三能级系统是不可分割的，因此，在二分系统上进行的实验中存在的兼容性漏洞被关闭。我们的实验结果证实了量子上下文不能用非局域纠缠来解释，揭示了室温下一个具体的自然原子固态系统的内在自旋自由度中除了局域性/非局域性之外的基本量子性。
2016-02-08 quant-ph
A proof of the Kochen-Specker theorem can always be converted to a state-independent noncontextuality inequality
量子上下文性是量子力学的基本概念之一。Kochen-Specker定理和非上下文不等式的证明是揭示量子力学中上下文现象的两种手段。已经发现，Kochen-Specker定理的一些证明，例如基于射线的证明，可以转换为状态独立的非上下文不等式，但它是否在一般情况下为真仍然是开放的，即，Kochen-Specker定理的任何证明是否总是可以转换为非上下文不等式。在本文中，我们解决这个问题。我们证明了Kochen-Specker定理的各种证明，基于射线或任何其他可观的，总是可以转换为状态无关的非上下文不等式。此外，我们的构造性证明也提供了一个一般的方法来推导一个状态无关的非上下文不等式的证明Kochen-Specker定理。
2015-09-07 quant-ph
Bell inequalities and incompatible measurements
贝尔不等式是测量不相容性的结果（而不是像通常认为的那样是非定域性的结果）。用经典的术语来说，这相当于情境性--测量设备确实有显著的影响。上下文模型在经典物理学中是合理的，它总是认为我们尽可能忽略测量设备，但如果这还不够好，那么我们必须对测量设备进行建模。也有人认为，量子理论只应采取反事实的严重性，因为测量不相容是一个反事实的概念。
2003-07-17 quant-ph
Graph structure of quantum mechanics
针对量子力学的语境相关性问题，提出基于部分布尔代数的图结构方法，证明有限维量子系统由原子决定并推广到无限维，为量子语境相关性提供精确数学框架，揭示其为隐变量理论的图结构组合。
2024-12-02 math.LO quant-ph
Logical paradoxes in quantum computation
虽然量子计算机有望比经典设备产生相当大的优势，但实现这些优势的量子理论的精确特征仍不清楚。背景性--对经典物理现实概念的否定--已经成为一个有希望的假设。幻态是实现普适量子计算的关键量子资源。它们表现出标准形式的上下文，已知使概率优势，在各种计算和通信任务。强上下文性是描述具有逻辑悖论行为的系统的上下文性的极端形式。在这里，我们考虑确定性地使量子计算的特殊魔术状态。在介绍了数论技术构建奇异的量子悖论，我们提出了大类的强上下文魔术状态，使确定性的实施门从克利福德层次。这些令人惊讶的发现支持了语境资源理论的完善，强调了逻辑悖论的计算能力。
2018-06-07 cs.LO quant-ph
