[논문 리뷰] Quantifying quantum steering

Paul Skrzypczyk, Miguel Navascués외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 11. 18.

Quantum Information and Cryptography인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 양자 얽힘과 벨 비국소성 사이의 중간 단계에 위치하는 EPR 도용성이라는 양자 상관관계에 대해 상태 톰오그라피와 측정 실수율 기반의 측정 기반으로 정의된 정량적 프레임워크를 제안한다. 모든 순수 얽힌 상태와 반대칭 상태가 최대 도용 가능하다는 것을 입증하고, 한 방향으로만 도용 가능한 새로운 예시를 규명하며, PPT 상태는 도용 가능하지 않다는 강력한 증거를 제시한다.

ABSTRACT

Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) steering is a form of bipartite quantum correlation that is intermediate between entanglement and Bell nonlocality. It allows for entanglement certification when the measurements performed by one of the parties are not characterised (or are untrusted) and has applications in quantum key distribution. Despite its foundational and applied importance, EPR steering lacks a quantitative assessment. Here we propose a way of quantifying this phenomenon and use it to study the steerability of several quantum states. In particular we show that every pure entangled state is maximally steerable, the projector onto the anti-symmetric subspace is maximally steerable for all dimensions, we provide a new example of one-way steering, and give strong support that states with positive-partial-transposition are not steerable.

연구 동기 및 목표

• 양자 얽힘과 벨 비국소성 사이의 중간 단계에 위치하는 핵심 양자 상관관계인 아이ン슈타인-포돌스키-로젠(EPR) 도용성에 대한 정량적 측정법이 부족한 문제를 해결하기 위해.
• 측정 장치가 신뢰할 수 없거나 특성화되지 않은 상황에서 얽힘을 인증할 수 있도록 하여, 장치 독립형 양자 키 분배에 필수적인 상황을 지원하기 위해.
• 순수 얽힌 상태, 반대칭 상태, PPT 상태를 포함한 다양한 양자 상태의 도용 가능성에 대해 체계적으로 평가하기 위해.
• 한쪽 당사자만 다른 당사자를 도용할 수 있고, 반대로는 불가능한 한 방향 도용성의 존재 여부를 조사하기 위해.

제안 방법

• 목표 상태와 비신뢰할 수 있는 당사자가 국소 측정을 통해 준비한 상태 사이의 최소 유사도를 기반으로 도용성 측정 기반을 제안한다.
• 신뢰할 수 있는 당사자가 준비한 상태를 재구성하기 위해 상태 톰오그라피를 사용하여 이상적인 목표 상태와 비교할 수 있도록 한다.
• 특정 양자 상태, 특히 순수 얽힌 상태와 반대칭 부분공간 상태의 도용 가능성 분석을 위해 이 측정 기반을 적용한다.
• 일부 상태가 도용 가능할 수 있는지 테스트하기 위해, 알려진 PPT 상태를 후보로 삼아 양성 부분전치(PPT) 기준을 기준으로 삼는다.
• 양방향 도용 가능성 여부를 테스트하여 도용 가능성이 한 방향으로만 가능한지 분석함으로써 도용 가능성의 대칭성을 분석하고, 한 방향으로만 도용 가능한 경우를 식별한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 EPR 도용성에 대해 다양한 양자 상태 간 일관된 비교가 가능한 정량적 측정법을 정의할 수 있는가?
• RQ2 제안된 측정 체계 하에서 모든 순수 얽힌 상태가 최대 도용 가능할 수 있는가?
• RQ3 모든 차원에서 반대칭 부분공간에 대한 프로젝터가 최대 도용 가능할 수 있는가?
• RQ4 양자 시스템에서 한 방향으로만 도용 가능한 도용성이 존재할 수 있는가?
• RQ5 제안된 측정 기반 하에서 모든 PPT 상태가 도용 가능하지 않음을 입증할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 측정 체계 하에서 모든 순수 얽힌 상태가 최대 도용 가능하다는 것이 입증되어, 이러한 상태들에 대해 최대 도용 가능성이 달성 가능하다는 것을 시사한다.
• 모든 시스템 차원에서 반대칭 부분공간에 대한 프로젝터가 최대 도용 가능하다는 것이 증명되어, 최대 도용 가능 상태의 새로운 클래스를 제공한다.
• 한 방향으로만 도용 가능한 새로운 예시가 규명되어, 두 당사자 간 도용 가능성의 비대칭성이 존재할 수 있음을 보여준다.
• PPT 상태가 도용 가능하지 않다는 강력한 증거가 제시되어, PPT 기준과 비도용 가능성 사이의 잠재적 연관성이 제기된다.