التخصص المستمر في فضاء المرحلة الكمومية

التخصص المستمر في فضاء المرحلة الكمومية

عقدة المصدر: 2674950

زاكاري فان هيرسترايتين1,2مايكل ج. جبور1,3,4، ونيكولاس ج. سيرف1

1مركز المعلومات والاتصال الكمي ، École polytechnique de Bruxelles ، CP 165/59 ، Université libre de Bruxelles ، 1050 Brussels ، Belgium
2كلية وايان للعلوم البصرية ، جامعة أريزونا ، 1630 E. University Blvd. ، توكسون ، AZ 85721 ، الولايات المتحدة الأمريكية
3DAMTP ، مركز العلوم الرياضية ، جامعة كامبريدج ، كامبريدج CB3 0WA ، المملكة المتحدة
4قسم الفيزياء ، الجامعة التقنية في الدنمارك ، 2800 كونجينز لينجبي ، الدنمارك

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

ملخص

نستكشف دور نظرية التخصص في فضاء الطور الكمي. ولهذا الغرض، فإننا نقتصر على الحالات الكمومية ذات دوال فيجنر الإيجابية ونظهر أن النسخة المستمرة من نظرية التخصص توفر طريقة أنيقة وطبيعية للغاية لاستكشاف الخصائص النظرية للمعلومات لوظائف فيجنر في فضاء الطور. بعد تحديد جميع الحالات النقية الغوسية على أنها متكافئة بالمعنى الدقيق للتوسع المستمر، والذي يمكن فهمه في ضوء نظرية هدسون، فإننا نفترض علاقة تكبير أساسية: أي دالة فيغنر موجبة يتم تكبيرها بواسطة دالة فيغنر للحالة النقية الغوسية (خاصة ، حالة الفراغ البوسوني أو الحالة الأرضية للمذبذب التوافقي). ونتيجة لذلك، فإن أي وظيفة Schur-concave لوظيفة Wigner تكون محدودة بالقيمة التي تأخذها لحالة الفراغ. وهذا يعني بدوره أن إنتروبيا فيجنر محدودة بقيمتها لحالة الفراغ، في حين أن العكس ليس صحيحًا بشكل ملحوظ. النتيجة الرئيسية التي توصلنا إليها هي إثبات علاقة التخصص الأساسية هذه لمجموعة فرعية ذات صلة من الحالات الكمومية الإيجابية لـ Wigner والتي هي عبارة عن خليط من ثلاث حالات ذاتية أدنى للمذبذب التوافقي. علاوة على ذلك، فإن هذا التخمين مدعوم أيضًا بالأدلة العددية. نختتم بمناقشة بعض الآثار المترتبة على هذا التخمين في سياق علاقات عدم اليقين الانتروبيا في فضاء الطور.

يعد مبدأ عدم اليقين أحد أروع الظواهر في فيزياء الكم. في حين أنه قد يبدو من الطبيعي أن أزواج الكميات القابلة للقياس ، مثل موضع الجسيم وزخمه ، يمكن التنبؤ بها بدقة في وقت واحد ، إلا أن فيزياء الكم تمنع هذا في الواقع بالنسبة للملاحظات غير المتنقلة. جعل هايزنبرغ وكينارد هذا دقيقًا من خلال استخدام التباين في أي كمية قابلة للقياس من أجل التقاط عدم اليقين. بعد سنوات ، تمت إعادة صياغة مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ من خلال التحول إلى الانتروبيا كوسيلة مناسبة لقياس عدم اليقين. هنا ، نقدم نموذجًا نظريًا للمعلومات أقوى لفهم عدم اليقين في المتغيرات الكمومية في فضاء الطور ، وهي نظرية التخصص.

تم تطوير هذه النظرية الرياضية منذ أكثر من قرن واستخدمت في العديد من مجالات العلوم ، بدءًا من الإحصاء وحتى الفيزياء. بشكل ملحوظ ، تم تطبيقه على فيزياء الكم مؤخرًا نسبيًا ، حيث ثبت أنه نهج قوي لاستكشاف التشابك الكمي. على هذا النحو ، لم يتم استغلاله مطلقًا لوصف الكثافات المستمرة التي تصف المتغيرات الكمية في فضاء الطور ، أي وظائف Wigner. نظهر التخصص المستمر ليكون أداة مناسبة لذلك. يتعلق الدافع الرئيسي لورقتنا بالبيان القائل بأن وظيفة Wigner لحالة الفراغ للنمط البوزوني (أي الحالة الأرضية للمذبذب التوافقي) مستمرة - تخصص أي دالة Wigner أخرى ، مما يجعلها أقل يقينًا بمعنى التخصص .

بينما نعرض نتائجنا ونناقشها في سياق البصريات الكمومية ، فإنها تنتقل إلى أي زوج أساسي ، وبالتالي يجب أن يكون لها آثار في مجالات مختلفة من الفيزياء.

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] جي إتش هاردي، جي إي ليتلوود، وج. بوليا، "عدم المساواة". مطبعة جامعة كامبريدج، 1934.
الشبكي: / / doi.org/ 10.2307 / 3605504

[2] إيه دبليو مارشال، آي. أولكين، وبي سي أرنولد، ``عدم المساواة: نظرية التخصص وتطبيقاتها''، المجلد. 143. سبرينغر، الطبعة الثانية، 2011.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-0-387-68276-1

[3] T. Ando، ``التخصص، والمصفوفات العشوائية المضاعفة، ومقارنة القيم الذاتية،'' تطبيق الجبر الخطي. 118، 163-248 (1989).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0024-3795(89)90580-6

[4] ك. موسلر، "التخصص في مقاييس التفاوت الاقتصادي"، الجبر الخطي وتطبيقاته 199، 91-114 (1994).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0024-3795(94)90343-3

[5] T. van Erven and P. Harremoës، ``Rényi Divergence and Majorization'' في ندوة IEEE الدولية حول نظرية المعلومات لعام 2010، الصفحات من 1335 إلى 1339، IEEE. 2010.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / ISIT.2010.5513784

[6] MA Alhejji and G. Smith، ``استمرارية موحدة محكمة للمراوغة'' في 2020 ندوة IEEE الدولية حول نظرية المعلومات (ISIT)، الصفحات من 2270 إلى 2274. 2020.
https: / / doi.org/ 10.1109 / ISIT44484.2020.9174350

[7] إم جي جبور ون. داتا، ``استمرارية موحدة ضيقة للإنتروبيا المشروطة لأريموتو-ريني وامتدادها إلى حالات الكم الكلاسيكية،'' معاملات IEEE حول نظرية المعلومات 68، 2169-2181 (2022).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2022.3142812

[8] أ. هورن، "المصفوفات العشوائية المضاعفة وقطر مصفوفة الدوران"، المجلة الأمريكية للرياضيات 76، 620-630 (1954).
الشبكي: / / doi.org/ 10.2307 / 2372705

[9] ما نيلسن، "شروط فئة من تحولات التشابك"، رسائل المراجعة الفيزيائية 83، 436 (1999).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.83.436

[10] MA Nielsen and G. Vidal، ``التخصص والتحويل البيني للحالات الثنائية،'' المعلومات الكمومية والحساب 1، 76-93 (2001).
الشبكي: / / doi.org/ 10.26421 / QIC1.1-5

[11] MA Nielsen and J. Kempe، ``الولايات المنفصلة أكثر اضطرابًا عالميًا منها محليًا،'' رسائل المراجعة الفيزيائية 86، 5184-5187 (2001).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.86.5184

[12] ت. هيروشيما، «معيار التخصص لقابلية التقطير لحالة الكم الثنائية،» رسائل المراجعة الفيزيائية 91، 057902 (2003).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.057902

[13] Z. بوشالا، Ł. رودنيكي، وك. Życzkowski، ``التخصص في علاقات عدم اليقين الانتروبية،'' مجلة الفيزياء أ: الرياضيات والنظرية 46، 272002 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​46/​27/​272002

[14] L. Rudnicki، Z. Puchała، وK. Życzkowski، ``التخصص القوي في علاقات عدم اليقين الانتروبية،'' Physical Review A 89، 052115 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.052115

[15] L. Rudnicki، ``نهج التخصص في علاقات عدم اليقين الانتروبية للأشياء القابلة للرصد ذات الحبيبات الخشنة،'' Physical Review A 91, 032123 (2015).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.032123

[16] F. Brandão, M. Horodecki, N. Ng, J. Oppenheim, and S. Wehner، ``القوانين الثانية للديناميكا الحرارية الكمية،'' وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم 112، 3275-3279 (2015).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1411728112

[17] R. García-Patron، C. Navarrete-Benlloch، S. Lloyd، JH Shapiro، and NJ Cerf، ``نهج نظرية التخصص في تخمين الحد الأدنى من الإنتروبيا للقناة الغوسية،'' رسائل المراجعة الفيزيائية 108، 110505 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.110505

[18] CN Gagatsos، O. Oreshkov، وNJ Cerf، ``علاقات التخصص وتوليد التشابك في مقسم الشعاع،'' Physical Review A 87, 042307 (2013).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.042307

[19] G. De Palma، D. Trevisan، and V. Giovanniti، ``الحالات السلبية تعمل على تحسين إخراج القنوات الكمومية الغوسية البوسونية،'' IEEE Transactions on Information Theory 62, 2895–2906 (2016).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2016.2547426

[20] MG Jabbour، R. García-Patrón، and NJ Cerf، ``الحفاظ على التخصص في القنوات البوسونية الغوسية'' New Journal of Physics 18، 073047 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​7/​073047

[21] إم جي جبور و إن جي سيرف، ``تخصص فوك في القنوات الكمومية البوسونية مع بيئة سلبية،'' مجلة الفيزياء أ: الرياضيات والنظرية 52، 105302 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​aaf0d2

[22] يو ليونهارت، «البصريات الكمومية الأساسية: من القياسات الكمومية إلى الثقوب السوداء». مطبعة جامعة كامبريدج، 2010.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511806117

[23] A. Hertz، MG Jabbour، and NJ Cerf، ``علاقات عدم اليقين في قوة الإنتروبيا: نحو تفاوت محكم لجميع الحالات النقية الغوسية،'' مجلة الفيزياء أ: الرياضيات والنظرية 50، 385301 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1088 / 1751-8121 / aa852f

[24] A. Hertz and NJ Cerf، ``علاقات عدم اليقين الانتروبية المستمرة والمتغيرة،'' مجلة الفيزياء أ: الرياضيات والنظرية 52، 173001 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ab03f3

[25] C. Weedbrook، S. Pirandola، R. García-Patrón، NJ Cerf، TC Ralph، JH Shapiro، and S. Lloyd، ``معلومات الكم الغوسية،'' مراجعة الفيزياء الحديثة 84، 621-669 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.84.621

[26] Z. Van Herstraeten and NJ Cerf، ``الإنتروبيا الكمومية،'' المراجعة الفيزيائية أ 104، 042211 (2021).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.042211

[27] ناركويتش، توزيعات النوع والتطبيقات الإيجابية $hbar$، مجلة الفيزياء الرياضية 30، 2565–2573 (1989).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1063 / 1.528537

[28] T. Bröcker and R. Werner، ``الحالات المختلطة مع وظائف ويغنر الإيجابية'' مجلة الفيزياء الرياضية 36، 62-75 (1995).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1063 / 1.531326

[29] ر.ل. هدسون، ``متى تكون كثافة احتمالية فيجنر غير سلبية؟'' تقارير عن الفيزياء الرياضية 6، 249-252 (1974).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(74)90007-X

[30] F. Soto and P. Claverie، ``متى تكون دالة ويغنر للأنظمة متعددة الأبعاد غير سالبة؟'' مجلة الفيزياء الرياضية 24، 97-100 (1983).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1063 / 1.525607

[31] FJ Narcowich و R. O'Connell، ``الشروط الضرورية والكافية لكي تكون دالة فضاء الطور توزيعًا لـWigner'' المراجعة البدنية أ 34، 1 (1986).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.34.1

[32] A. Mandilara، E. Karpov، and NJ Cerf، ``توسيع نظرية هدسون إلى الحالات الكمومية المختلطة،'' المراجعة الفيزيائية أ 79، 062302 (2009).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.062302

[33] A. Mandilara، E. Karpov، وN. Cerf، ``حدود غاوسية للحالات المختلطة الكمومية مع وظيفة ويغنر الإيجابية،'' في مجلة الفيزياء: سلسلة المؤتمرات، المجلد. 254، ص. 012011، آي أو بي للنشر. 2010.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1742-6596/​254/​1/​012011

[34] L. Wang وM. Madiman، ``ما وراء عدم المساواة في قوة الإنتروبيا، عبر إعادة الترتيب،'' IEEE Transactions on Information Theory 60, 5116–5137 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2014.2338852

[35] جي إتش هاردي، جي إي ليتلوود، وجي. بوليا، ``بعض المتباينات البسيطة تلبيها الدوال المحدبة'' رسول الرياضيات 58، 145-152 (1929).

[36] إتش جو، "ترتيب الاعتماد لتوزيع صفوف k، مع تطبيقات لألعاب اليانصيب"، المجلة الكندية للإحصائيات 15، 227-238 (1987).
الشبكي: / / doi.org/ 10.2307 / 3314913

[37] I. Schur، ``Uber eine Klasse von Mittelbildungen mit Anwendungen die Determinanten،'' Sitzungsberichte der Berliner Mathematischen Gesellschaft 22، 416–427 (1923).

[38] إيه دبليو روبرتس ودي فاربيرج، «الوظائف المحدبة». الصحافة الأكاديمية نيويورك، 1973.
https:/​/​doi.org/​10.1016/​B978-0-444-89597-4.50013-5

[39] أ. ريني، ``حول مقاييس الإنتروبيا والمعلومات''، في وقائع ندوة بيركلي الرابعة حول الإحصاء الرياضي والاحتمالات، المجلد الأول: المساهمات في نظرية الإحصاء، المجلد. 1، الصفحات من 4 إلى 547، مطبعة جامعة كاليفورنيا. 562.

[40] Y. He, AB Hamza, and H. Krim، ``مقياس التباعد المعمم لتسجيل الصور القوي،'' IEEE Transactions on Signal Processing 51, 1211–1220 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TSP.2003.810305

[41] JV Ryff، ``مدارات $L^1$-تعمل في ظل التحولات العشوائية المضاعفة،'' معاملات الجمعية الرياضية الأمريكية 117، 92-100 (1965).
الشبكي: / / doi.org/ 10.2307 / 1994198

[42] F. Bahrami، SM Manjegani، and S. Moein، ``المشغلون العشوائيون شبه المضاعفة وتخصص الوظائف القابلة للتكامل،'' نشرة جمعية العلوم الرياضية الماليزية 44، 693-703 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s40840-020-00971-2

[43] SM Manjegani وS. Moein، ``التخصص والعوامل العشوائية شبه المضاعفة على $ L^{1}(X)$'' مجلة عدم المساواة والتطبيقات 2023، 1-20 (2023).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1186 / s13660-023-02935 زي

[44] I. Białynicki-Birula and J. Mycielski، ``علاقات عدم اليقين لإنتروبيا المعلومات في ميكانيكا الموجات،'' الاتصالات في الفيزياء الرياضية 44، 129-132 (1975).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1007 / BF01608825

[45] أ. ويرل، «الخصائص العامة للإنتروبيا»، مراجعات الفيزياء الحديثة 50، 221 (1978).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.50.221

[46] EH Lieb، ``إثبات تخمين الإنتروبيا لـ Wehrl،'' في عدم المساواة، الصفحات من 359 إلى 365. سبرينغر، 2002.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-55925-9_30

[47] EH Lieb وJP Solovej، ``إثبات تخمين الإنتروبيا لحالات الدوران المتماسكة لبلوخ وتعميماتها،'' Acta Mathematica 212, 379 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11511-014-0113-6

[48] جي آر جوهانسون، بي دي نيشن، وإف نوري، ``QuTiP: إطار عمل بايثون مفتوح المصدر لديناميكيات الأنظمة الكمومية المفتوحة'' اتصالات فيزياء الكمبيوتر 183، 1760-1772 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1016 / j.cpc.2012.02.021

[49] K. Życzkowski, P. Horodecki, A. Sanpera, and M. Lewenstein، ``حجم مجموعة الحالات المنفصلة،'' المراجعة الفيزيائية أ 58، 883 (1998).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.58.883

دليلنا يستخدم من قبل

[1] نونو كوستا دياس وجواو نونو براتا، "حول التخمين الأخير لـ Z. Van Herstraeten وNJ Cerf بشأن إنتروبيا ويجنر الكمومية"، أرخايف: 2303.10531, (2023).

[2] زاكاري فان هيرسترايتن ونيكولاس ج. سيرف، "إنتروبيا الكم وينر"، Physical Review A 104 4، 042211 (2021).

[3] مارتن جارتنر، توبياس هاس، ويوهانس نول، "اكتشاف التشابك المتغير المستمر في مساحة الطور باستخدام توزيع $Q$"، أرخايف: 2211.17165, (2022).

الاستشهادات المذكورة أعلاه من إعلانات ساو / ناسا (تم آخر تحديث بنجاح 2023-05-24 23:55:18). قد تكون القائمة غير كاملة نظرًا لأن جميع الناشرين لا يقدمون بيانات اقتباس مناسبة وكاملة.

On خدمة Crossref المستشهد بها لم يتم العثور على بيانات حول الاستشهاد بالأعمال (المحاولة الأخيرة 2023-05-24 23:55:17).

الطابع الزمني:

اكثر من مجلة الكم