It has long been known that the existence of certain superquantum nonlocal correlations would cause communication complexity to collapse. The absurdity of a world in which any nonlocal binary function could be evaluated with a constant amount of communication in turn provides a tantalizing way to distinguish quantum mechanics from incorrect theories of physics; the statement "communication complexity is nontrivial" has even been conjectured to be a concise information-theoretic axiom for characterizing quantum mechanics. We directly address the viability of that perspective with two results. First, we exhibit a nonlocal game such that communication complexity collapses in any physical theory whose maximal winning probability exceeds the quantum value. Second, we consider the venerable CHSH game that initiated this line of inquiry. In that case, the quantum value is about 0.85 but it is known that a winning probability of approximately 0.91 would collapse communication complexity. We provide evidence that the 0.91 result is the best possible using a large class of proof strategies, suggesting that the communication complexity axiom is insufficient for characterizing CHSH correlations. Both results build on new insights about reliable classical computation. The first exploits our formalization of an equivalence between amplification and reliable computation, while the second follows from an upper bound on the threshold for reliable computation with formulas of noisy XOR and AND gates.


翻译:久已知某些超量子非局域相关性存在将导致通信复杂度崩溃。在任何非局域二元函数可在有限的通信复杂度内求值的世界中,这种言过其实的情形提供了一种令人心动的方式来区分量子力学和不正确的物理理论;该理论“通信复杂度是非平凡的”甚至被猜测为表征量子力学的简明信息论公理。我们直接使用两个结果来解决这一观点的可行性。首先,我们展示了一个非局域游戏,其中在最大获胜概率超过量子态时,任何物理理论中通信复杂度都会崩溃。其次,我们考虑了最初启发这条研究线的 CHSH 游戏。在该情况下,量子值约为 0.85,但已知约为 0.91 的获胜概率将导致通信复杂度崩溃。我们提供了证据表明,采用大量证明策略得出的 0.91 结果是最优的,这表明通信复杂度公理不足以表征 CHSH 相关性。这两个结果都建立在关于可靠经典计算的新的认识基础上。第一个结果利用我们的放大和可靠计算之间等价性的形式化,而第二个结果则来自于有噪声 XOR 和 AND 门公式的可靠计算阈值的上界。

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