[논문 리뷰] Dynamics of multipartite quantum correlations under decoherence

Muhammad Ramzan|arXiv (Cornell University)|2012. 05. 14.

Quantum Information and Cryptography인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 다양한 환경 노이즈 채널과 비 관성 기준계에서 삼량자 및 육량자 워너-고즈 상태의 다량자 양자 비협조도(QD)와 기하학적 양자 비협조도(GQD)의 역학을 조사한다. QD는 환경 노이즈에서 GQD보다 더 강건하며, 특히 분해성 채널이 가장 강력한 파괴적 영향을 미친다. 또한 비 관성 기준계에서 환경의 분해성 효과가 언루 효과보다 더 우세하다.

ABSTRACT

Quantum discord is an optimal resource for the quantification of classical and non-classical correlations as compared to other related measures. Geometric measure of quantum discord is another measure of quantum correlations. Recently, the geometric quantum discord for multipartite states has been introduced by Jianwei Xu [arxiv:quant/ph.1205.0330]. Motivated from the recent study [Ann. Phys. 327 (2012) 851] for the bipartite systems, I have investigated global quantum discord (QD) and geometric quantum discord (GQD) under the influence of external environments for different multipartite states. Werner-GHZ type three-qubit and six-qubit states are considered in inertial and non-inertial settings. The dynamics of QD and GQD is investigated under amplitude damping, phase damping, depolarizing and flipping channels. It is seen that the quantum discord vanishes for p>0.75 in case of three-qubit GHZ states and for p>0.5 for six qubit GHZ states. This implies that multipartite states are more fragile to decoherence for higher values of N. Surprisingly, a rapid sudden death of discord occurs in case of phase flip channel. However, for bit flip channel, no sudden death happens for the six-qubit states. On the other hand, depolarizing channel heavily influences the QD and GQD as compared to the amplitude damping channel. It means that the depolarizing channel has the most destructive influence on the discords for multipartite states. From the perspective of accelerated observers, it is seen that effect of environment on QD and GQD is much stronger than that of the acceleration of non-inertial frames. The degradation of QD and GQD happens due to Unruh effect. Furthermore, QD exhibits more robustness than GQD when the multipartite systems are exposed to environment.

연구 동기 및 목표

• 환경 노이즈 하에서 다량자 시스템의 양자 상관관계의 강건성을 연구하기 위해.
• 다양한 분해성 채널에서 양자 비협조도(QD)와 기하학적 양자 비협조도(GQD)의 행동을 비교하기 위해.
• 비 관성 기준계와 언루 효과가 양자 비협조도 역학에 미치는 영향을 검토하기 위해.
• 양자 상관관계의 취약성에 영향을 미치는 큐비트 수(N)의 영향을 규명하기 위해.
• 환경 분해성과 상대론적 가속도가 양자 비협조도 붕괴에 미치는 상대적 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 초기 다량자 얽힘 상태로 삼량자 및 육량자 워너-고즈 상태를 분석한다.
• 표준 분해성 채널—진폭 감쇠, 위상 감쇠, 분해성, 비트/위상 전환—을 사용하며, 분해성 확률 p ∈ [0,1]로 매개변수화한다.
• 양자 상호정보량과 고전적 상관관계 측정을 이용해 전역 양자 비협조도(QD)를 계산한다.
• 힐베르트 공간에서 고전 상태까지의 최소 거리를 기반으로 기하학적 양자 비협조도(GQD)를 계산한다.
• 비 관성 기준계를 언루 효과를 사용해 모델링하며, 가속도 매개변수 r을 도입해 상대론적 관측자를 시뮬레이션한다.
• 수치 시뮬레이션을 통해 다양한 채널에서 p와 r에 따른 QD 및 GQD의 진화를 추적한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 큐비트 수(N = 3 대비 N = 6)가 분해성 하에서 양자 비협조도의 강건성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 진폭 감쇠, 위상 감쇠, 분해성, 비트/위상 전환 중 어느 분해성 채널이 QD와 GQD를 가장 심각하게 악화시키는가?
• RQ3 비 관성 기준계에서 QD와 GQD는 어떻게 진화하는가? 환경 노이즈와 언루 효과의 상대적 기여는 어떠한가?
• RQ4 반전 채널에서 비협조도의 급격한 사라짐 또는 급격한 출현 현상이 발생하는가? 삼량자 및 육량자 상태 간의 차이는 무엇인가?
• RQ5 다양한 환경 조건에서 QD는 GQD보다 더 강건한가?

주요 결과

• 삼량자 고즈 상태에서는 p > 0.75에서, 육량자 고즈 상태에서는 p > 0.5에서 양자 비협조도가 사라지며, 이는 N이 클수록 더 취약함을 시사한다.
• 분해성 채널이 QD와 GQD에 가장 파괴적인 영향을 미치며, 진폭 감쇠보다도 상당히 더 강력한 파괴력을 보인다.
• 위상 반전 채널에서는 비협조도가 급격히 사라지지만, 육량자 상태에서는 비트 반전 채널에서는 급격한 사라짐이 관측되지 않는다.
• 모든 환경 채널에서 QD는 GQD보다 더 강건함을 보이며, 이는 기하학적 비협조도가 분해성에 더 민감함을 시사한다.
• 비 관성 기준계에서 QD와 GQD를 둘러싼 분해성 효과가 가속도로 인한 언루 효과보다 지배적이다.
• 비트 전환 채널 하에서 GQD의 역학은 삼량자 및 육량자 상태 모두에서 완전히 사라지지만, QD는 더 높은 p 값에서도 비영임을 유지한다.