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. 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 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,我们探索了程序剖析应能够用数量有限的辅助系统来实现的要求。我们表明,在具备普遍扩展的每一个理论中,即相关状态,所有其他关联性都可以在当地产生,非零概率。我们表明,在两种情况下存在着普遍扩展:(1) 允许最终国家遥传的理论,和(2) 满足固态、纯产品国家和纯化三种特性的理论。在情况中,(2) 普遍扩展的存在产生于对纯化的对称性特性,即同一系统中具有相同边缘的所有纯两边状态都是可在当地相互转换的。我们的结果甚至存在于不满足局部地形学的理论中,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。归结论,存在普遍扩展的理论,而无需对局部地形学的任何额外要求,使用固定的物理特性是充分的保证。

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