In this work, we consider the task of faithfully simulating a quantum measurement, acting on a joint bipartite quantum state, in a distributed manner. In the distributed setup, the constituent sub-systems of the joint quantum state are measured by two agents, Alice and Bob. A third agent, Charlie receives the measurement outcomes sent by Alice and Bob. Charlie uses local and pairwise shared randomness to compute a bivariate function of the measurement outcomes. The objective of three agents is to faithfully simulate the given distributed quantum measurement acting on the given quantum state while minimizing the communication and shared randomness rates. We demonstrate a new achievable information-theoretic rate-region that exploits the bivariate function using random structured POVMs based on asymptotically good algebraic codes. The algebraic structure of these codes is matched to that of the bivariate function that models the action of Charlie. The conventional approach for this class of problems has been to reconstruct individual measurement outcomes corresponding to Alice and Bob, at Charlie, and then compute the bivariate function, achieved using mutually independent approximating POVMs based on random unstructured codes. In the present approach, using algebraic structured POVMs, the computation is performed on the fly, thus obviating the need to reconstruct individual measurement outcomes at Charlie. Using this, we show that a strictly larger rate region can be achieved. One of the challenges in analyzing these structured POVMs is that they exhibit only pairwise independence and induce only uniform single-letter distributions. To address this, we use nesting of algebraic codes and develop a covering lemma applicable to pairwise-independent POVM ensembles. Combining these techniques, we provide a multi-party distributed faithful simulation and function computation protocol.


翻译:在这项工作中,我们考虑忠实模拟量子测量的任务, 以一个共同的双方量子状态, 以分布式的方式运行。 在分布式设置中, 联合量子状态的组成子系统由两个代理商Alice 和 Bob 测量。 第三个代理商, Charlie 接收爱丽丝和 Bob 发送的测量结果。 Charlie 使用本地和双向共享随机来计算测量结果的双变量函数。 三个代理商的目标是忠实模拟在给定量子状态上运行的给定分布量量测量结果, 同时尽量减少通信和共享随机率。 我们展示了一个新的可实现信息- 信息- 理论性率区域, 利用基于无干扰性反应好的代数代码的随机结构 POVMs 来利用双向结构的 POVMs 。 这些代号的代数结构化结构化函数需要我们使用这种结构化的解算法, 使用这种结构化的解算法, 使用这种结构式的解算法, 将我们使用这些解算的解算法 。

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