Process tomography, the experimental characterization of physical processes, is a central task in science and engineering. Here we investigate the axiomatic requirements that guarantee the in-principle feasibility of process tomography in general physical theories. Specifically, we explore the requirement that process tomography should be achievable with a finite number of auxiliary systems and with a finite number of input states. We show that this requirement is satisfied in every theory equipped with universal extensions, that is, correlated states from which all other correlations can be generated locally with non-zero probability. We show that universal extensions are guaranteed to exist in two cases: (1) theories permitting conclusive state teleportation, and (2) theories satisfying three properties of Causality, Pure Product States, and Purification. In case (2), the existence of universal extensions follows from a symmetry property of Purification, whereby all pure bipartite states with the same marginal on one system are locally interconvertible. Crucially, our results hold even in theories that do not satisfy Local Tomography, the property that the state of any composite system can be identified from the correlations of local measurements. Summarizing, the existence of universal extensions, without any additional requirement of Local Tomography, is a sufficient guarantee for the characterizability of physical processes using a finite number of auxiliary systems.


翻译:物理过程的实验性剖析过程,即物理过程的实验性定性,是科学和工程的一项核心任务。在这里,我们调查了在一般物理理论中保证过程剖析过程在原则上的可行性的逻辑要求。具体地说,我们探索了这样一种要求,即过程剖析过程应当能够以数量有限的辅助系统和数量有限的输入状态来实现。我们表明,在配备通用扩展的每一个理论中,即相关状态,所有其他相关性都可以在当地产生,而非零概率。我们证明,在两种情况下,普遍扩展是可以保证存在的:(1) 允许最终状态传导的理论,和(2) 满足Causality、纯产品国家和纯化三种特性的理论。在情况中,(2) 普遍扩展是来自纯化的对称属性,即同一系统中具有相同边际的所有纯两边邦都是可互换的,也就是说,我们的结果甚至存在于不满足本地地形学的理论中,任何复合系统的状况都可以从地方测量的相互关系中确定。解析,使用充分的物理扩展的特性的存在,而没有附加的固定的物理特性。

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