論文の概要: Quantification of Entanglement and Coherence with Purity Detection

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.07068v1
• Date: Mon, 14 Aug 2023 11:03:40 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-08-15 13:39:19.775625
• Title: Quantification of Entanglement and Coherence with Purity Detection
• Title（参考訳）: 純度検出による絡み合いとコヒーレンスの定量化
• Authors: Ting Zhang, Graeme Smith, John A. Smolin, Lu Liu, Xu-Jie Peng, Qi Zhao, Davide Girolami, Xiongfeng Ma, Xiao Yuan and He Lu
• Abstract要約: 絡み合いとコヒーレンス(英語版)は量子システムの基本的な性質であり、近い将来の量子技術を支えることを約束する。 ここでは、操作上有用な絡み合いとコヒーレンスに対する定量的な境界を、普遍的に有効であり、解析的に計算可能であり、実験的に友好的であることを示す。 我々の研究は、スペクトル再構成なしで大規模量子情報処理を効果的に検証する手段を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 16.548882676462846
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Entanglement and coherence are fundamental properties of quantum systems, promising to power the near future quantum technologies. Yet, their quantification, rather than mere detection, generally requires reconstructing the spectrum of quantum states, i.e., experimentally challenging measurement sets that increase exponentially with the system size. Here, we demonstrate quantitative bounds to operationally useful entanglement and coherence that are universally valid, analytically computable, and experimentally friendly. Specifically, our main theoretical results are lower and upper bounds to the coherent information and the relative entropy of coherence in terms of local and global purities of quantum states. To validate our proposal, we experimentally implement two purity detection methods in an optical system: shadow estimation with random measurements and collective measurements on pairs of state copies. The experiment shows that both the coherent information and the relative entropy of coherence of pure and mixed unknown quantum states can be bounded by purity functions. Our research offers an efficient means of verifying large-scale quantum information processing without spectrum reconstruction.
• Abstract（参考訳）: 絡み合いとコヒーレンスは量子システムの基本的な性質であり、近い将来の量子技術を支えることを約束している。 しかし、それらの定量化は単なる検出ではなく、一般に量子状態のスペクトル、すなわちシステムサイズに指数関数的に増加する実験的な挑戦的な測定集合の再構成を必要とする。 ここでは、操作上有用な絡み合いとコヒーレンスに対する定量的な境界を、普遍的に有効であり、解析的に計算可能であり、実験的に友好的であることを示す。 具体的には、量子状態の局所的および大域的純度の観点から、コヒーレント情報とコヒーレンス相対エントロピーに対する下界と上界が主な理論結果である。 提案手法の有効性を検証するため,光学系における2つの純度検出手法を実験的に実装した。 この実験は、純および混合未知の量子状態のコヒーレンスに関するコヒーレント情報と相対エントロピーの両方が純度関数によって境界づけられることを示した。 我々の研究は、スペクトル再構成なしで大規模量子情報処理を検証する効率的な手段を提供する。

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