Symmetries of non-contextuality inequalities and the statistical robustness of experimental implementations

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Pimentel, Gustavo Balvedi
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-12032025-171526/
Resumo: Quantum non-locality and quantum contextuality result from the impossibility of explain- ing the probabilities of measurement outcomes in quantum systems using theoretical mod- els that assume that observables have well-defined values prior to the measurement, and that these values do not depend on which other compatible measurements are performed simultaneously to the measurement. These two features are not only of foundational im- portance for quantum theory, but are also recognized as resources for quantum computing and other applications. The experimental verification of contextuality has garnered significant attention, and its recognition as an operational resource for quantum information is expected to further fuel this interest. Developing a robust theoretical framework for contextuality that is both operationally grounded and experimentally applicable is crucial. Particularly, real-world experiments often violate the non-disturbance assumption, requiring alternative frame- works that remain effective under such conditions. This dissertation builds upon a recent work by Renou et.al, which explores how dif- ferent variants of a Bell inequality, despite being equivalent under the condition of no- signaling, are not equally robust in real experiments. In order to do so, they propose a method which employs the group of symmetries of a Bell scenario to analyze and op- timize the robustness of Bell inequalities. The primary goal of this dissertation is to generalize this method to contextuality scenarios, exploring the role of group representa- tion theory in optimizing inequalities, and enhancing both theoretical understanding and experimental applicability.
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spelling Symmetries of non-contextuality inequalities and the statistical robustness of experimental implementationsSimetrias de desigualdades de não-contextualidade e a robustez estatística de implementações experimentaisBell InequalitiesContextualidade QuânticaDesigualdades de BellGroup Representation TheoryNão-localidade QuânticaQuantum ContextualityQuantum Non-localityTeoria de Representações de Grupos.Quantum non-locality and quantum contextuality result from the impossibility of explain- ing the probabilities of measurement outcomes in quantum systems using theoretical mod- els that assume that observables have well-defined values prior to the measurement, and that these values do not depend on which other compatible measurements are performed simultaneously to the measurement. These two features are not only of foundational im- portance for quantum theory, but are also recognized as resources for quantum computing and other applications. The experimental verification of contextuality has garnered significant attention, and its recognition as an operational resource for quantum information is expected to further fuel this interest. Developing a robust theoretical framework for contextuality that is both operationally grounded and experimentally applicable is crucial. Particularly, real-world experiments often violate the non-disturbance assumption, requiring alternative frame- works that remain effective under such conditions. This dissertation builds upon a recent work by Renou et.al, which explores how dif- ferent variants of a Bell inequality, despite being equivalent under the condition of no- signaling, are not equally robust in real experiments. In order to do so, they propose a method which employs the group of symmetries of a Bell scenario to analyze and op- timize the robustness of Bell inequalities. The primary goal of this dissertation is to generalize this method to contextuality scenarios, exploring the role of group representa- tion theory in optimizing inequalities, and enhancing both theoretical understanding and experimental applicability.A não-localidade quântica e a contextualidade quântica resultam da impossibilidade de explicar as probabilidades dos resultados das medições em sistemas quânticos usando modelos teóricos que pressupõem que os observáveis têm valores bem definidos antes da medição e que esses valores não dependem de quais outras medições compatíveis são realizadas simultaneamente à medição. Esses dois recursos não são apenas de importância fundamental para a teoria quântica, mas também são reconhecidos como recursos para a computação quântica e outras aplicações. A verificação experimental da contextualidade tem atraído muita atenção, e espera-se que seu reconhecimento como um recurso operacional para informações quânticas es- timule ainda mais esse interesse. É fundamental desenvolver uma estrutura teórica ro- busta para a contextualidade que seja fundamentada operacionalmente e aplicável exper- imentalmente. Em especial, os experimentos do mundo real frequentemente violam a suposição de não perturbação, exigindo estruturas alternativas que permaneçam eficazes nessas condições. Esta dissertação se baseia em um trabalho recente de Renou et al, que explora como diferentes variantes de uma desigualdade de Bell, apesar de serem equivalentes sob a condição de não sinalização, não são igualmente robustas em experimentos reais. Para isso, eles propõem um método que emprega o grupo de simetrias de cenários de Bell para analisar e otimizar a robustez das desigualdades de Bell. O principal objetivo desta dissertação é generalizar esse método para cenários de contextualidade, explorando o papel da teoria de representação de grupos na otimização de desigualdades e aprimorando a compreensão teórica e a aplicabilidade experimental.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPAmaral, Barbara LopesPimentel, Gustavo Balvedi2025-02-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-12032025-171526/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2025-04-14T15:24:02Zoai:teses.usp.br:tde-12032025-171526Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212025-04-14T15:24:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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