极端量子性的正交基

极端量子性的正交基

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马尔辛·鲁津斯基1,2, 亚当·伯查特3卡罗尔·伊茨科夫斯基(KarolŻyczkowski)1,4

1雅盖隆大学物理,天文学和应用计算机科学学院,ul。 Polandojasiewicza 11,30-348克拉科夫,波兰
2雅盖隆大学精确与自然科学博士学院,ul。 Łojasiewicza 11, 30-348 克拉科夫, 波兰
3QuSoft、CWI 和阿姆斯特丹大学,Science Park 123, 1098 XG 阿姆斯特丹,荷兰
4波兰科学院理论物理中心,Al。 Lotników32/46,02-668华沙,波兰

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抽象

自旋反相干态作为最“量子”的态最近受到了广泛关注。一些相干和反相干自旋态被称为最佳量子旋转传感器。在这项工作中,我们引入了自旋态正交基的量子性度量,该度量由各个向量的平均反相干性和 Wehrl 熵决定。通过这种方式,我们确定了最相干和最量子态,从而实现了极端量子性的正交测量。它们的对称性可以使用马约拉纳恒星表示法来揭示,该表示法通过球体上的点提供了纯态的直观几何表示。获得的结果导致在由 $2j$ 量子位组成的多部分系统的 $1^{2j}$ 维空间的 $2j+2$ 维对称子空间中产生最大(最小)纠缠基。发现的一些碱基是等相干的,因为它们由具有相同程度的自旋相干性的所有状态组成。

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 $N=6$.

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