論文の概要: Characterizing quantum coherence based on the nonclassicality of the Kirkwood-Dirac quasiprobability

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.09162v2
• Date: Mon, 2 Oct 2023 12:23:35 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-03 13:00:11.216627
• Title: Characterizing quantum coherence based on the nonclassicality of the Kirkwood-Dirac quasiprobability
• Title（参考訳）: カークウッド-ディラック準確率の非古典性に基づく量子コヒーレンスの特徴付け
• Authors: Agung Budiyono, Joel F. Sumbowo, Mohammad K. Agusta and Bagus E. B. Nurhandoko
• Abstract要約: 我々は、KD非古典性に基づくコヒーレンスの忠実な定量化器を開発する。 KD-非古典的コヒーレンス(英語版)は、状態純度によって上界となり、最大コヒーレンス状態によって最大化されることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: In recent years, there is a huge interest in the characterization, quantification and manipulation of quantum coherence, a defining nonclassical feature of quantum mechanics, by regarding it as a resource in quantum information processing. On the other hand, since the early days, there has been a research program using the nonclassical values of some quasiprobability distributions, i.e., those that deviate from the conventional real and nonnegative probability, to indicate the nonclassical aspects of quantum phenomena. Previously, we linked this two nonclassical features of quantum mechanics, showing that coherence in a quantum state can indeed be quantitatively characterized by using the total nonreality of the associated Kirkwood-Dirac (KD) quasiprobability. Here, we develop another faithful quantifier of coherence based on the KD nonclassicality which captures simultaneously the total nonreality and the total negativity of the real part of the KD quasiprobability. This is motivated by the fact that the real part of the KD quasiprobability appears independently of the imaginary part, and its negativity has been used to characterize quantumness in different areas of quantum science and technology. The proposed coherence quantifier, which we call KD-nonclassicality coherence, gives a lower bound to the $l_1$-norm coherence. It also gives a lower bound to the uncertainty of outcomes of measurement described by a projection-valued measure corresponding to the incoherent orthonormal basis quantified by half of the Tsallis entropy with entropy index $1/2$. For arbitrary pure states, they are shown to be identical. Moreover, KD-nonclassicality coherence is upper bounded by the state purity and maximized by the maximally coherent states. We then sketch a variational scheme for its direct estimation in laboratory and discuss an application for the characterization of static susceptibility.
• Abstract（参考訳）: 近年、量子情報処理の資源として、量子力学の非古典的特徴である量子コヒーレンスの特性、量子化、操作に大きな関心が寄せられている。 一方、初期の頃から、量子現象の非古典的な側面を示すために、いくつかの準確率分布の非古典的な値、すなわち従来の実確率と非負確率から逸脱する値を用いた研究プログラムが存在する。 これまで、量子力学のこの2つの非古典的特徴を関連付け、量子状態におけるコヒーレンスを、関連するカークウッド・ディラック(kd)準確率の完全な非現実性を用いて定量的に特徴づけることができることを示した。 本稿では、kd準確率の実部の全非正則性と全負性を同時に捉えるkd非古典性に基づくコヒーレンスの忠実な定量化法を開発する。 これはKD準確率の実際の部分が虚部とは独立に現れるという事実が動機であり、その負性性は量子科学と技術の様々な領域における量子性の特徴付けに使われている。 提案するコヒーレンス定量化器は、kd-非古典性コヒーレンスと呼ばれ、l_1$-ノルムコヒーレンスに対する下限を与える。 また、アントロピー指数1/2$のツァリスエントロピーの半分で定量化される非コヒーレントな正則基底に対応するプロジェクション値測度によって説明される測定結果の不確実性への低い境界を与える。 任意の純状態に対して、それらは同一であることが示されている。 さらに、kd-非古典性コヒーレンスは状態純度によって上限され、最大コヒーレント状態によって最大化される。 次に,実験室における直接推定のための変分スキームをスケッチし,静的感受性評価への応用について検討する。

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