Podstawy ortonormalne ekstremalnej kwantowości

Podstawy ortonormalne ekstremalnej kwantowości

Marcina Rudzińskiego1,2, Adama Burchardta3, Karola Życzkowskiego1,4

1Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej, Uniwersytet Jagielloński, ul. Łojasiewicza 11, 30-348 Kraków, Polska
2Szkoła Doktorska Nauk Ścisłych i Przyrodniczych, Uniwersytet Jagielloński, ul. Łojasiewicza 11, 30-348 Kraków, Polska
3QuSoft, CWI i Uniwersytet w Amsterdamie, Science Park 123, 1098 XG Amsterdam, Holandia
4Centrum Fizyki Teoretycznej, Polska Akademia Nauk, Al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa, Polska

Czy ten artykuł jest interesujący czy chcesz dyskutować? Napisz lub zostaw komentarz do SciRate.

Abstrakcyjny

Stany antykoherentne spinowe cieszą się ostatnio dużym zainteresowaniem jako stany najbardziej „kwantowe”. Niektóre spójne i antykoherentne stany spinowe są znane jako optymalne rotosensory kwantowe. W pracy tej wprowadzamy miarę kwantowości baz ortonormalnych stanów spinowych, wyznaczoną przez średnią antykoherencję poszczególnych wektorów oraz entropię Wehrla. W ten sposób identyfikujemy najbardziej spójne i najbardziej kwantowe stany, które prowadzą do ortogonalnych pomiarów ekstremalnych wartości kwantowych. Ich symetrie można ujawnić za pomocą reprezentacji gwiazd Majorany, która zapewnia intuicyjną geometryczną reprezentację stanu czystego za pomocą punktów na kuli. Uzyskane wyniki prowadzą do maksymalnie (minimalnie) splątanych baz w wymiarowej symetrycznej podprzestrzeni $2j+1$ przestrzeni wymiarowej $2^{2j}$ stanów układów wieloczęściowych złożonych z kubitów $2j$. Niektóre znalezione zasady są izospójne, ponieważ składają się ze wszystkich stanów o tym samym stopniu spójności spinowej.

Stany ekstremalne, spójne i antykoherentne, mają praktyczne zastosowanie w metrologii kwantowej jako optymalne rotosensory. Niniejsza praca stanowi naturalne rozwinięcie wcześniejszych badań dotyczących poszukiwania takich stanów, proponując optymalne ortogonalne pomiary Lüdersa i von Neumanna skrajnej koherencji spinowej. Wprowadzamy miarę $mathcal{B}_t$ jako narzędzie do charakteryzowania kwantowości pomiaru wyrażonego w oparciu o $mathcal{H}_N$. Następuje poszukiwanie najbardziej kwantowych baz dla $N=3,4,5$ i $7$. Wyniki numeryczne sugerują, że uzyskane rozwiązania są unikatowe. Zbiór kandydatów na „klasyczne” bazy składający się ze stanów najbardziej spinowo spójnych jest wskazany dla $N=3,4,5,6$. Niektóre z najbardziej kwantowych zasad, analizowane w gwiezdnym przedstawieniu Majorany, ujawniają symetrie brył platońskich. Większość klasycznych baz również ma struktury symetryczne. Rozważaliśmy także inne miary kwantowości wektorów tworzących daną bazę. Optymalizacja średniej entropii Wehrla wektorów ortogonalnych $N$ prowadzi do tych samych zasad, które wyróżniają się ekstremalnymi wartościami wielkości $mathcal{B}_t$, z jednym wyjątkiem podstawy kwantowej dla $N=6$.

► Dane BibTeX

► Referencje

[1] T. Frankel, Geometria fizyki: wprowadzenie, wyd. 3, Cambridge University Press (2011).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781139061377

[2] D. Chruściński i A. Jamiołkowski, Fazy geometryczne w mechanice klasycznej i kwantowej, Birkhäuser (2004).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-0-8176-8176-0

[3] DA Lee, Względność geometryczna, Amerykańskie Towarzystwo Matematyczne, Providence (2021).
https: / / doi.org/ 10.1090 / gsm / 201

[4] I. Bengtsson i K. Życzkowski, Geometry of Quantum States: An Wprowadzenie do Quantum Entanglement, wyd. 2, Cambridge University Press (2017).
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781139207010

[5] M. Lewin, Metody geometryczne dla nieliniowych wielociałowych układów kwantowych, J. Functional Analysis 260, 12, (2011).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.jfa.2010.11.017

[6] E. Cohen, H. Larocque, F. Bouchard i in., Faza geometryczna od Aharonova – Bohma do Pancharatnam – Berry i dalej, Nat. Ks. Fiz. 1, 437–449 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42254-019-0071-1

[7] E. Majorana Atomi orientati in Campo Magnetico Variable, Nuovo Cimento 9, 43-50 (1932).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02960953

[8] R. Barnett, A. Turner i E. Demler, Klasyfikacja nowych faz atomów spinorowych, Phys. Wielebny Lett. 97, 180412 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.180412

[9] R. Barnett, A. Turner i E. Demler, Klasyfikacja wirów w kondensatach Bosego-Einsteina $ S = 3 $, Phys. Rev. A 76, 013605 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.013605

[10] H. Mäkelä i K.-A. Suominen, Stany inertne układów spinowych, Phys. Wielebny Lett. 99, 190408 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.190408

[11] E. Serrano-Ensástiga i F. Mireles, Charakterystyka fazowa spinorowych kondensatów Bosego-Einsteina: podejście do reprezentacji gwiazd Majorany, Phys. Łotysz. A 492, 129188 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2023.129188

[12] P. Mathonet i in., Równoważność splątania stanów symetrycznych $N$-qubit, Phys. Rev. A 81, 052315 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.052315

[13] J. Martin, O. Giraud, PA Braun, D. Braun i T. Bastin, Multiqubitowe stany symetryczne o wysokim splątaniu geometrycznym, Phys. Rev. A 81, 062347 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.062347

[14] M. Aulbach, DJH Markham i M. Murao, Maksymalnie splątany stan symetryczny w kategoriach miary geometrycznej, New J. Phys. 12, 073025 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​7/​073025

[15] DJH Markham, Splątanie i symetria w stanach permutacyjno-symetrycznych, Phys. Rev. A 83, 042332 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.042332

[16] P. Ribeiro i R. Mosseri, Entanglement in the symetryczny sektor of $n$ qubits, Phys. Wielebny Lett. 106, 180502 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.180502

[17] M.Aulbach, Klasyfikacja splątania w stanach symetrycznych, Int. J. Quantum Inform. 10, 1230004 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749912300045

[18] W. Ganczarek, M. Kuś i K. Życzkowski, Barycentryczna miara splątania kwantowego, Phys. Rev. A 85, 032314 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.032314

[19] A. Mandilara, T. Coudreau, A. Keller i P. Milman, Klasyfikacja splątania czystych stanów symetrycznych poprzez stany spójne spinowo, Phys. Rev. A 90, 050302(R) (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.050302

[20] P. Hyllus i in., Informacje Fishera i splątanie wielocząstkowe, Phys. Rev. A 85, 022321 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.022321

[21] JH Hannay, Faza Berry'ego do rotacji w reprezentacji Majorany, J. Phys. O: Matematyka. Gen. 31, L53 (1998).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​31/​2/​002

[22] P. Bruno, Kwantowa faza geometryczna w reprezentacji gwiazd Majorany: mapowanie na wielociałową fazę Aharonova-Bohma, Phys. Wielebny Lett. 108, 240402 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.240402

[23] HD Liu i LB Fu, Faza Berry'ego i splątanie kwantowe w gwiezdnej reprezentacji Majorany, Phys. Rev. A 94, 022123 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.022123

[24] P. Ribeiro, J. Vidal i R. Mosseri, Granica termodynamiczna modelu Lipkina-Meshkowa-Glicka, Phys. Wielebny Lett. 99, 050402 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.050402

[25] P. Ribeiro, J. Vidal i R. Mosseri, Dokładne widmo modelu Lipkina-Meshkowa-Glicka w granicy termodynamicznej i poprawkach o skończonych rozmiarach, Phys. Rev. E 78, 021106 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.78.021106

[26] J. Zimba, „Antykoherentne” stany spinowe poprzez reprezentację Majorany, Electron. J. Teoria. Fiz. 3, 143 (2006).
https://​/​api.semanticscholar.org/​CorpusID:13938120

[27] D. Baguette, T. Bastin i J. Martin, stany symetryczne Multiqubit z maksymalnie mieszanymi redukcjami jednububitowymi, Phys. Rev. A 90, 032314 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.032314

[28] O. Giraud, D. Braun, D. Baguette, T. Bastin i J. Martin, Reprezentacja stanów spinowych przez Tensor, Phys. Wielebny Lett. 114, 080401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.080401

[29] D. Baguette, F. Damanet, O. Giraud i J. Martin, Anticoherence stanów spinowych z symetriami grupy punktowej, Phys. Rev. A 92, 052333 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.052333

[30] HD Liu, LB Fu, X. Wang, Podejście oparte na stanie spójnym dla reprezentacji Majorany, Commun. Teoria. Fiz. 67, 611 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0253-6102/​67/​6/​611

[31] D. Baguette i J. Martin, Środki antykoherencji dla czystych stanów spinowych, Phys. Rev. A 96, 032304 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.96.032304

[32] P. Kolenderski i R. Demkowicz-Dobrzański, Optymalny stan zachowania układu odniesienia i brył platońskich, Phys. Rev. A 78, 052333 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.78.052333

[33] C. Chryssomalakos i H. Hernández-Coronado, Optimal quantum rotosensors, Phys. Rev. A 95, 052125 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.052125

[34] AZ Goldberg i DFV James, Ograniczone kwantowo pomiary kąta Eulera przy użyciu stanów antykoherentnych, Phys. Rev. A 98, 032113 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.032113

[35] J. Martin, S. Weigert i O. Giraud, Optymalne wykrywanie obrotów wokół nieznanych osi przez stany koherentne i antykoherentne, Quantum 4, 285 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-06-22-285

[36] J. Crann, DW Kribs i R. Pereira, Projekty sferyczne i antykoherentne stany spinowe, J. Phys. O: Matematyka. Teoria. 43, 255307 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​43/​25/​255307

[37] E. Bannai i M. Tagami, A note on anticoherent spin States, J. Phys. O: Matematyka. Teoria. 44, 342002 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​44/​34/​342002

[38] M. Wang i Y. Zhu, Antykoherentne stany spin-2 i projekty sferyczne, J. Phys. O: Matematyka. Teoria. 55, 425304 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ac971d

[39] AZ Goldberg, AB Klimov, M.Grassl, G. Leuchs i LL Sánchez-Soto, Ekstremalne stany kwantowe, AVS Quantum Sci. 2, 044701 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1116 / 5.0025819

[40] AZ Goldberg, M. Grassl, G. Leuchs i LL Sánchez-Soto, Kwantowość poza splątaniem: przypadek stanów symetrycznych, Phys. Rev. A 105, 022433 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.022433

[41] O. Giraud, P. Braun i D. Braun, Quantifying quantumness and the quest for Queens of Quantum, New J. Phys. 12, 063005 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​6/​063005

[42] R. Delbourgo, Stany minimalnej niepewności dla grupy rotacyjnej i grup pokrewnych, J. Phys. A 10, L233 (1977).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​10/​11/​012

[43] A. Wehrl, O związku między entropią klasyczną a entropią kwantowo-mechaniczną, Rep. Math. Fiz. 16, 353 (1979).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(79)90070-3

[44] EH Lieb, Dowód hipotezy entropii Wehrla, Commun. Matematyka. Fiz. 62, 35 (1978).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01940328

[45] CT Lee, Entropia stanów spinowych Wehrla i hipoteza Lieba, J. Phys. A 21, 3749 (1988).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​21/​19/​013

[46] EH Lieb i JP Solovej, Dowód hipotezy entropii dla spójnych stanów spinowych Blocha i jego uogólnień, Acta Math. 212, 379 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11511-014-0113-6

[47] F. Bouchard i in., Metrologia kwantowa na granicy z ekstremalnymi konstelacjami Majorany, Optica 4, 1429-1432 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.4.001429

[48] A. Wehrl, Ogólne właściwości entropii, ks. Mod. Fiz. 50, 221 (1978).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.50.221

[49] A. Wehrl, Wiele aspektów entropii, Rep. Math. Fiz. 30, 119 (1991).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(91)90045-O

[50] S. Gnutzmann i K. Życzkowski, Entropie Renyi-Wehrla jako miary lokalizacji w przestrzeni fazowej, J. Phys. A 34, 10123 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​47/​317

[51] K. Życzkowski, Lokalizacja stanów własnych i średniej entropii Wehrla, Physica E 9, 583 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S1386-9477(00)00266-6

[52] LL Sánchez-Soto, AB Klimov, P. de la Hoz i G. Leuchs, Kwantowe a klasyczne stany polaryzacji: kiedy liczą się multipole, J. Phys. B 46 104011 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0953-4075/​46/​10/​104011

[53] A. Tavakoli i N. Gisin, Bryły platońskie i podstawowe testy mechaniki kwantowej, Quantum 4, 293 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-07-09-293

[54] H.Ch. Nguyen, S. Designolle, M. Barakat i O. Gühne, Symetrie między pomiarami w mechanice kwantowej, przeddruk arXiv:2003.12553 (2022).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2003.12553
arXiv: 2003.12553

[55] JI Latorre i G. Sierra, Splątanie platońskie, Quantum Inf. Oblicz. 21, 1081 (2021).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC21.13-14-1

[56] K. Bolonek-Lasoń i P. Kosiński, Grupy, Bryły platońskie i nierówności Bella, Quantum 5, 593 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-11-29-593

[57] KF Pál i T. Vértesi, Groups, Platonic Bell nierówności dla wszystkich wymiarów, Quantum 6, 756 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-07-07-756

[58] RH Dicke, Spójność w procesach promieniowania spontanicznego, Phys. Obj. 93, 99 (1954).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.93.99

[59] V. Karimipour i L. Memarzadeh, Równoważne podstawy w dowolnych wymiarach Phys. Rev. A 73, 012329 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.012329

[60] G. Rajchel, A. Gąsiorowski i K. Życzkowski, Odporne macierze Hadamarda, promienie jednostochastyczne w wielotopie Birkhoffa i bazy równomiernie splątane w przestrzeniach złożonych Matematyka. komp. Nauka. 12, 473 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s11786-018-0384-y

[61] J. Czartowski, D. Goyeneche, M. Grassl i K. Życzkowski, Isoentangled wzajemnie nieobciążone podstawy, symetryczne pomiary kwantowe i projekty stanu mieszanego, Phys. Wielebny Lett. 124, 090503 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.090503

[62] F. Del Santo, J. Czartowski, K. Życzkowski i N. Gisin, Izo-splątane podstawy i wspólne pomiary, preprint arXiv:2307.06998 (2023).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2307.06998
arXiv: 2307.06998

[63] R. Penrose, O nielokalności Bella bez prawdopodobieństw: pewna ciekawa geometria, Quantum Reflections (2000).

[64] J. Zimba i R. Penrose, O nielokalizacji Bella bez prawdopodobieństw: ciekawsza geometria, Stud. Hist. Fil. Nauka. 24, 697 (1993).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0039-3681(93)90061-N

[65] JE Massad i PK Aravind, Ponowna wizyta w dwunastościanie Penrose'a, popr. J. Fizyka 67, 631 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.19336

[66] K. Husimi, Niektóre formalne właściwości macierzy gęstości, Proc. Fiz. Matematyka. Towarzystwo 22, 264 (1940).
https: / / doi.org/ 10.11429 / ppmsj1919.22.4_264

[67] W. Słomczyński i K. Życzkowski, Średnia entropia dynamiczna map kwantowych na kuli rozbiega się w granicy półklasycznej, Phys. Wielebny Lett. 80, 1880 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.80.1880

[68] M. Piotrak, M. Kopciuch, AD Fard, M. Smolis, S. Pustelny, K. Korzekwa, Perfect quantum protractors, preprint arXiv:2310.13045 (2023).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2310.13045
arXiv: 2310.13045

[69] Strona NCN Maestro 7 2015/​18/​A/​ST2/​00274 https://​/​chaos.if.uj.edu.pl/​ karol/​Maestro7/​files/​data3/​Numerical_Results.dat.
https://​/​chaos.if.uj.edu.pl/​~karol/​Maestro7/​files/​data3/​Numerical_Results.dat

[70] D. Weingarten, Asymptotyczne zachowanie całek grupowych w granicy rangi nieskończonej, J. Math. Fiz. 19, 999 (1978).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.523807

[71] B. Collins i P. Śniady, Integracja z uwzględnieniem miary Haara na grupie unitarnej, ortogonalnej i symplektycznej, Commun. Matematyka. Fiz. 264, 773 (2006).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-006-1554-3

[72] G. Rajchel, Mapowania i projekty kwantowe, rozprawa doktorska, przeddruk arXiv:2204.13008 (2022).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2204.13008
arXiv: 2204.13008

[73] D. Martin i EP Wigner, Teoria grup i jej zastosowanie do mechaniki kwantowej widm atomowych, Academic Press Inc. NY (1959).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​b978-0-12-750550-3.x5001-0

Cytowany przez

[1] Michał Piotrak, Marek Kopciuch, Arash Dezhang Fard, Magdalena Smolis, Szymon Pustelny i Kamil Korzekwa, „Doskonałe kątomierze kwantowe”, arXiv: 2310.13045, (2023).

[2] Aaron Z. Goldberg, „Korelacje dla podzbiorów cząstek w stanach symetrycznych: co fotony robią w wiązce światła, gdy reszta jest ignorowana”, arXiv: 2401.05484, (2024).

Powyższe cytaty pochodzą z Reklamy SAO / NASA (ostatnia aktualizacja pomyślnie 2024-01-25 23:58:21). Lista może być niekompletna, ponieważ nie wszyscy wydawcy podają odpowiednie i pełne dane cytowania.

On Serwis cytowany przez Crossref nie znaleziono danych na temat cytowania prac (ostatnia próba 2024-01-25 23:58:19).

Znak czasu:

Więcej z Dziennik kwantowy