القواعد المتعامدة للكمية القصوى

القواعد المتعامدة للكمية القصوى

عقدة المصدر: 3083690

مارسين رودزينسكي1,2, آدم بورشاردت3و كارول yczkowski1,4

1كلية الفيزياء وعلم الفلك وعلوم الكمبيوتر التطبيقية ، جامعة جاجيلونيان ، ماي. Łojasiewicza 11 ، 30-348 كراكوف ، بولندا
2كلية الدكتوراه في العلوم الدقيقة والطبيعية، جامعة جاجيلونيان، ماي. لوجاسيفيتشا 11، 30-348 كراكوف، بولندا
3QuSoft، CWI وجامعة أمستردام، Science Park 123، 1098 XG أمستردام، هولندا
4مركز الفيزياء النظرية ، الأكاديمية البولندية للعلوم. Lotników 32/46، 02-668 Warszawa، بولندا

تجد هذه الورقة مثيرة للاهتمام أو ترغب في مناقشة؟ Scite أو ترك تعليق على SciRate.

ملخص

اكتسبت الحالات غير المتماسكة المغزلية مؤخرًا الكثير من الاهتمام باعتبارها أكثر الحالات "الكمية". تُعرف بعض حالات الدوران المتماسكة وغير المتماسكة باسم أجهزة الاستشعار الكمومية المثالية. في هذا العمل، نقدم مقياسًا للكمية للقواعد المتعامدة لحالات الدوران، والتي يتم تحديدها بواسطة متوسط ​​الترابط المضاد للمتجهات الفردية وانتروبيا ويرل. وبهذه الطريقة، نحدد الحالات الأكثر تماسكًا والأكثر كمًا، والتي تؤدي إلى قياسات متعامدة للكمية القصوى. يمكن الكشف عن تماثلاتها باستخدام تمثيل ماجورانا النجمي، والذي يوفر تمثيلًا هندسيًا بديهيًا للحالة النقية من خلال نقاط على الكرة. تؤدي النتائج التي تم الحصول عليها إلى الحد الأقصى (الحد الأدنى) من القواعد المتشابكة في الفضاء الفرعي المتماثل الأبعاد $2j+1$ للفضاء الأبعاد $2^{2j}$ لحالات الأنظمة متعددة الأجزاء المكونة من $2j$ كيوبتات. بعض القواعد التي تم العثور عليها تكون متماسكة بشكل متساوي لأنها تتكون من جميع الحالات بنفس الدرجة من التماسك المغزلي.

Extremal states, coherent and anticoherent, have practical applications in quantum metrology as optimal rotosensors. This work provides a natural extension of previous studies concerning the search for such states proposing optimal orthogonal measurements of Lüders and von Neumann of the extreme spin coherence. We introduce the measure $mathcal{B}_t$ as the tool to characterize the quantumness of a measurement given by a basis in $mathcal{H}_N$. The search for the most quantum bases for $N=3,4,5$ and $7$ is performed. Numerical results suggest, that the obtained solutions are unique. A set of candidates for the “classical” bases consisting of the most spin-coherent states is indicated for $N=3,4,5,6$. Some of the most quantum bases, analyzed in the stellar representation of Majorana, reveal symmetries of Platonic solids. Most classical bases display symmetric structures too. We also considered other measures of the quantumness of vectors forming a given basis. Optimization of the mean Wehrl entropy of $N$ orthogonal vectors leads to the same bases distinguished by extremal values of the quantities $mathcal{B}_t$, with a single exception of the quantum basis for $N=6$.

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] ت. فرانكل، هندسة الفيزياء: مقدمة، الطبعة الثالثة، مطبعة جامعة كامبريدج (3).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781139061377

[2] D. Chruściński، وA. Jamiołkowski، المراحل الهندسية في الميكانيكا الكلاسيكية والكمية، Birkhäuser (2004).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-0-8176-8176-0

[3] دا لي، النسبية الهندسية، جمعية الرياضيات الأمريكية، بروفيدنس (2021).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1090 / جي إس إم / 201

[4] I. Bengtsson، وK. Życzkowski، هندسة الحالات الكمومية: مقدمة للتشابك الكمي، الطبعة الثانية، مطبعة جامعة كامبريدج (2).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1017 / 9781139207010

[5] M. Lewin، الطرق الهندسية للأنظمة الكمومية غير الخطية متعددة الأجسام، J. التحليل الوظيفي 260، 12، (2011).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.jfa.2010.11.017

[6] E. كوهين، H. لاروك، F. بوشارد وآخرون، المرحلة الهندسية من أهارونوف – بوم إلى بانشاراتنام – بيري وما بعدها، نات. القس فيز. 1، 437-449 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42254-019-0071-1

[7] E. ماجورانا أتومي أورينتيتي في متغير المجال المغناطيسي، نوفو سيمنتو 9، 43-50 (1932).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1007 / BF02960953

[8] R. Barnett، A. Turner، و E. Demler، تصنيف المراحل الجديدة للذرات المغزلية، فيز. القس ليت. 97، 180412 (2006).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.180412

[9] R. Barnett، A. Turner، و E. Demler، تصنيف الدوامات في مكثفات بوز-آينشتاين $S=3$، فيز. القس أ 76، 013605 (2007).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.013605

[10] إتش ماكيلا، وK.-A. Suominen، الحالات الخاملة لأنظمة الدوران، فيز. القس ليت. 99، 190408 (2007).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.190408

[11] E. Serrano-Ensástiga، و F. Mireles، توصيف المرحلة لمكثفات Spinor Bose-Einstein: منهج تمثيل النجوم في Majorana، Phys. بادئة رسالة. أ 492، 129188 (2023).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2023.129188

[12] P. Mathonet at al.، تكافؤ التشابك للحالات المتماثلة $N$-qubit، فيز. القس أ 81، 052315 (2010).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.052315

[13] J. Martin، O. Giraud، PA Braun، D. Braun، and T. Bastin، الحالات المتماثلة Multiqubit ذات التشابك الهندسي العالي، Phys. القس أ 81، 062347 (2010).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.062347

[14] M. Aulbach، DJH Markham، and M. Murao، الحالة المتماثلة المتشابكة إلى أقصى حد من حيث القياس الهندسي، New J. Phys. 12، 073025 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​7/​073025

[15] دي جيه ماركهام، التشابك والتماثل في حالات التقليب المتماثلة، فيز. القس أ 83، 042332 (2011).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.042332

[16] P. Ribeiro، وR. Mosseri، التشابك في القطاع المتماثل للكيوبت $n$، فيز. القس ليت. 106، 180502 (2011).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.180502

[17] M.Aulbach، تصنيف التشابك في الحالات المتماثلة، كثافة العمليات. J. معلومات الكم. 10، 1230004 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749912300045

[18] W. Ganczarek، M. Kuś، و K. Życzkowski، قياس Barycentric التشابك الكمي، فيز. القس أ 85، 032314 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.032314

[19] A. Mandilara، T. Coudreau، A. Keller، و P. Milman، تصنيف التشابك للحالات المتماثلة النقية عبر الحالات المتماسكة الدورانية، فيز. القس أ 90، 050302 (ص) (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.050302

[20] P. Hyllus، وآخرون، معلومات فيشر والتشابك المتعدد الجسيمات، فيز. القس أ 85، 022321 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.022321

[21] جيه إتش هاناي، مرحلة بيري للدوران في تمثيل ماجورانا، J. Phys. ج: الرياضيات. الجنرال 31، L53 (1998).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​31/​2/​002

[22] برونو، المرحلة الهندسية الكمومية في التمثيل النجمي لماجورانا: رسم الخرائط على مرحلة أهارونوف-بوم متعددة الأجسام، فيز. القس ليت. 108، 240402 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.240402

[23] HD Liu، وLB Fu، ومرحلة بيري والتشابك الكمي في التمثيل النجمي لماجورانا، فيز. القس أ 94، 022123 (2016).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.022123

[24] P. Ribeiro، J. Vidal، و R. Mosseri، الحد الديناميكي الحراري لنموذج Lipkin-Meshkov-Glick، فيز. القس ليت. 99، 050402 (2007).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.050402

[25] P. Ribeiro، J. Vidal، و R. Mosseri، الطيف الدقيق لنموذج Lipkin-Meshkov-Glick في الحد الديناميكي الحراري وتصحيحات الحجم المحدود، فيز. القس ه 78، 021106 (2008).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.78.021106

[26] J. Zimba، حالات الدوران "مضادة الترابط" عبر تمثيل ماجورانا، الإلكترون. جيه ثور. فيز. 3، 143 (2006).
https: / / api.semanticscholar.org/ CorpusID: 13938120

[27] D. Baguette ، T. Bastin ، و J. Martin ، حالات متماثلة Multiqubit مع تخفيضات مختلطة إلى أقصى حد من qubit ، Phys. القس أ 90 ، 032314 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.032314

[28] O. Giraud ، D. Braun ، D. Baguette ، T. Bastin ، J. Martin ، تمثيل Tensor لحالات الدوران ، Phys. القس ليت. 114 ، 080401 (2015).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.080401

[29] D. Baguette و F. Damanet و O. Giraud و J. Martin ، عدم تماسك حالات الس spين مع تناظر مجموعة النقاط ، Phys. القس A 92 ، 052333 (2015).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.052333

[30] HD Liu، LB Fu، X. Wang، نهج الدولة المتماسكة لتمثيل ماجورانا، Commun. النظرية. فيز. 67، 611 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0253-6102/​67/​6/​611

[31] D. Baguette، و J. Martin، تدابير الترابط المضاد لحالات الدوران النقية، فيز. القس أ 96، 032304 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.96.032304

[32] P. Kolenderski، و R. Demkowicz-Dobrzański، الحالة المثلى للحفاظ على محاذاة الإطارات المرجعية والمواد الصلبة الأفلاطونية، فيز. القس أ 78، 052333 (2008).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.78.052333

[33] C. Chryssomalakos، وH. Hernández-Coronado، أجهزة الاستشعار الكمومية الأمثل، فيز. القس أ 95، 052125 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.052125

[34] AZ Goldberg، وDFV James، قياسات زاوية أويلر محدودة الكم باستخدام حالات مضادة للترابط، فيز. القس أ 98، 032113 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.032113

[35] J. Martin، S. Weigert، and O. Giraud، الاكتشاف الأمثل للدوران حول محاور غير معروفة من خلال الحالات المتماسكة والمضادة للتماسك، Quantum 4, 285 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-06-22-285

[36] J. Crann، DW Kribs، و R. Pereira، التصاميم الكروية وحالات الدوران المضادة للترابط، J. Phys. ج: الرياضيات. النظرية. 43، 255307 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​43/​25/​255307

[37] E. Bannai وM. Tagami، ملاحظة حول حالات الدوران المضادة للتماسك، J. Phys. ج: الرياضيات. النظرية. 44، 342002 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​44/​34/​342002

[38] M. Wang، وY. Zhu، حالات الدوران غير المترابط 2 والتصميمات الكروية، J. Phys. ج: الرياضيات. النظرية. 55، 425304 (2022).
https://​/doi.org/10.1088/1751-8121/ac971d

[39] AZ Goldberg، AB Klimov، M.Grassl، G. Leuchs، and LL Sánchez-Soto، حالات الكم المتطرفة، AVS Quantum Sci. 2, 044701 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1116 / 5.0025819

[40] AZ Goldberg، M. Grassl، G. Leuchs، and L. L. Sánchez-Soto، الكم وراء التشابك: حالة الحالات المتماثلة، فيز. القس أ 105، 022433 (2022).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.022433

[41] O. Giraud، P. Braun، and D. Braun، قياس الكم والبحث عن ملكات الكم، New J. Phys. 12، 063005 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​6/​063005

[42] R. Delbourgo، حالات الحد الأدنى من عدم اليقين لمجموعة التناوب والمجموعات المتحالفة معها، J. Phys. أ 10، إل 233 (1977).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​10/​11/​012

[43] A. Wehrl، حول العلاقة بين الإنتروبيا الكلاسيكية والميكانيكية الكمومية، Rep. Math. فيز. 16، 353 (1979).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(79)90070-3

[44] EH Lieb، دليل على تخمين الإنتروبيا لـ Wehrl، Commun. الرياضيات. فيز. 62، 35 (1978).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1007 / BF01940328

[45] سي تي لي، إنتروبيا فيرل لحالات الدوران وحدسية ليب، J. Phys. أ 21، 3749 (1988).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​21/​19/​013

[46] EH Lieb، وJP Solovej، إثبات تخمين الإنتروبيا لحالات الدوران المتماسكة لـ Bloch وتعميماتها، Acta Math. 212، 379 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11511-014-0113-6

[47] F. بوشارد، وآخرون، قياس الكم عند الحد الأقصى لكوكبات ماجورانا المتطرفة، Optica 4، 1429-1432 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.4.001429

[48] A. Wehrl، الخصائص العامة للإنتروبيا، القس Mod. فيز. 50، 221 (1978).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.50.221

[49] A. Wehrl، الأوجه المتعددة للإنتروبيا، Rep. Math. فيز. 30، 119 (1991).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(91)90045-O

[50] S. Gnutzmann وK. Życzkowski، الانتروبيا Renyi-Wehrl كمقاييس للتوطين في فضاء الطور، J. Phys. أ 34، 10123 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​47/​317

[51] K. Życzkowski، توطين الحالات الذاتية ومتوسط ​​إنتروبيا فيرل، 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، and G. Leuchs، حالات الاستقطاب الكمي مقابل الاستقطاب الكلاسيكي: عندما يتم حساب الأقطاب المتعددة، J. Phys. ب 46 104011 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0953-4075/​46/​10/​104011

[53] A. Tavakoli، و N. Gisin، المواد الصلبة الأفلاطونية والاختبارات الأساسية لميكانيكا الكم، الكم 4، 293 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-07-09-293

[54] H.Ch. Nguyen، S. Designolle، M. Barakat، and O. Gühne، التماثلات بين القياسات في ميكانيكا الكم، طبعة أولية arXiv:2003.12553 (2022).
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.2003.12553
أرخايف: 2003.12553

[55] جي لاتوري، وجي. سييرا، التشابك الأفلاطوني، Quantum Inf. حساب. 21، 1081 (2021).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC21.13-14-1

[56] K. Bolonek-Lasoń، وP. Kosiński، المجموعات والمواد الصلبة الأفلاطونية ومتباينات بيل، الكم 5، 593 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-11-29-593

[57] KF Pál، وT. Vértesi، المجموعات، عدم المساواة في الجرس الأفلاطوني لجميع الأبعاد، الكم 6، 756 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-07-07-756

[58] آر إتش ديكي، التماسك في عمليات الإشعاع التلقائي، فيز. القس 93، 99 (1954).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.93.99

[59] كريم بور، ول. معمارزاده، القواعد المتساوية في الأبعاد العشوائية فيز. القس أ 73، 012329 (2006).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.012329

[60] G. Rajchel، A. Gąsiorowski، و K. Życzkowski، مصفوفات Hadamard القوية، والأشعة غير المتجانسة في Birkhoff polytope وقواعد متساوية التشابك في المساحات المركبة Math. شركات. الخيال العلمي. 12، 473 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1007 / s11786-018-0384 ذ

[61] J. Czartowski، D. Goyeneche، M. Grassl، and K. Życzkowski، القواعد غير المتحيزة المتشابكة بشكل متبادل، والقياسات الكمومية المتماثلة، وتصميمات الحالة المختلطة، فيز. القس ليت. 124, 090503 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.090503

[62] F. Del Santo، J. Czartowski، K. Życzkowski، and N. Gisin، قواعد متشابكة Iso وقياسات مشتركة، طبعة أولية arXiv:2307.06998 (2023).
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.2307.06998
أرخايف: 2307.06998

[63] ر. بنروز، على بيل اللامكانية بدون احتمالات: بعض الهندسة الغريبة، تأملات كمية (2000).

[64] J. Zimba وR. Penrose، على بيل غير محلية بدون احتمالات: هندسة أكثر فضولية، Stud. اصمت. فيل. الخيال العلمي. 24, 697 (1993).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0039-3681(93)90061-N

[65] جي إي مساد، وبي كيه أرافيند، إعادة النظر في اثنا عشر وجه بنروز، صباحا. ي. الفيزياء 67، 631 (1999).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1119 / 1.19336

[66] ك. حسيمي، بعض الخصائص الشكلية لمصفوفة الكثافة، بروك. فيز. الرياضيات. شركة نفط الجنوب. 22، 264 (1940).
https: / / doi.org/10.11429 / ppmsj1919.22.4_264

[67] W. Słomczyński، وK. Życzkowski، متوسط ​​الإنتروبيا الديناميكية للخرائط الكمومية على الكرة يتباعد في الحد شبه الكلاسيكي، فيز. القس ليت. 80، 1880 (1998).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.80.1880

[68] M. Piotrak، M. Kopciuch، AD Fard، M. Smolis، S. Pustelny، K. Korzekwa، منقلة الكم المثالية، طبعة أولية arXiv:2310.13045 (2023).
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.2310.13045
أرخايف: 2310.13045

[69] NCN Maestro 7 2015/​18/​A/​ST2/​00274 موقع الويب 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، السلوك المقارب لتكاملات المجموعة في حدود الرتبة اللانهائية، J. Math. فيز. 19، 999 (1978).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1063 / 1.523807

[71] B. كولينز، وP. Śniady، التكامل فيما يتعلق بمقياس هار على المجموعة الوحدوية والمتعامدة والمتماثلة، Commun. الرياضيات. فيز. 264، 773 (2006).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-006-1554-3

[72] G. راجشيل، التعيينات والتصاميم الكمومية، رسالة دكتوراه، طبعة أولية arXiv:2204.13008 (2022).
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.2204.13008
أرخايف: 2204.13008

[73] د. مارتن، وإي بي فيجنر، نظرية المجموعة وتطبيقها على ميكانيكا الكم للأطياف الذرية، Academic Press Inc. NY (1959).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​b978-0-12-750550-3.x5001-0

دليلنا يستخدم من قبل

[1] ميشال بيوتراك، ماريك كوبسيوتش، أراش دزهانج فارد، ماجدالينا سموليس، سيمون بوستلني، وكاميل كورزيكوا، "المنقلة الكمية المثالية"، أرخايف: 2310.13045, (2023).

[2] آرون ز. غولدبرغ، "الارتباطات لمجموعات فرعية من الجسيمات في الحالات المتماثلة: ما تفعله الفوتونات داخل شعاع الضوء عندما يتم تجاهل الباقي"، أرخايف: 2401.05484, (2024).

الاستشهادات المذكورة أعلاه من إعلانات ساو / ناسا (تم آخر تحديث بنجاح 2024-01-25 11:53:23). قد تكون القائمة غير كاملة نظرًا لأن جميع الناشرين لا يقدمون بيانات اقتباس مناسبة وكاملة.

لا يمكن أن تجلب استشهد تبادل البيانات أثناء آخر محاولة 2024-01-25 11:53:22: لا يمكن جلب البيانات المستشهد بها من 10.22331 / q-2024-01-25-1234 من Crossref. هذا أمر طبيعي إذا تم تسجيل DOI مؤخرًا.

الطابع الزمني:

اكثر من مجلة الكم