[논문 리뷰] Quantum coherence of Gaussian states

Daniela Buono, Gaetano Nocerino외 4명|arXiv (Cornell University)|2016. 09. 04.

Quantum Information and Cryptography참고 문헌 1인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 단일 모드 가우시안 상태에 대한 양자 비편재성의 기하 측도를 도입하며, 비편재성(열 상태) 상태로부터의 Bures 거리와 헬링거 거리를 사용한다. 이는 압축된 열 상태에서 기대와 반대로, 고정된 압축 조건에서 열 광자 수를 증가시키면 비편재성이 증가하는 반직관적인 소음 강화 비편재성 현상을 드러낸다.

ABSTRACT

We introduce a geometric quantification of quantum coherence in single-mode Gaussian states and we investigate the behavior of distance measures as functions of different physical parameters. In the case of squeezed thermal states, we observe that re-quantization yields an effect of noise-enhanced quantum coherence for increasing thermal photon number.

연구 동기 및 목표

• 유한 차원 시스템에서의 양자 비편재성 측정을 연속 변수 가우시안 상태로 일반화하기.
• 편재성이 없는 가우시안 상태를 이심 없고 압축이 없는 순수한 열 상태로 정의하기.
• Bures 거리와 헬링거 거리를 기반으로 한 기하 비편재성 측도를 개발하여 가우시안 상태에서의 비편재성을 측정하기.
• 이동, 압축, 열 노이즈와 같은 물리적 매개변수에 대한 비편재성의 의존성 분석하기.
• 증가하는 열 광자 수 조건에서 압축된 열 상태에서의 비편재성의 비정상적 행동 식별하기.

제안 방법

• 이동과 압축 연산자가 열 상태에 작용하는 방식으로 단일 모드 가우시안 상태 정의하기.
• 편재성이 없는 가우시안 상태를 포크 기저에서 대각 행렬로 특성화하여, 이는 이심이 없고 압축이 없는 열 상태에 해당한다.
• 두 가지 기하 비편재성 측도 도입: 하나는 편재성(열) 상태 집합으로부터의 Bures 거리 기반, 다른 하나는 헬링거 거리 기반.
• 핵심 가우시안 상태인 코herent 상태, 열 상태, 압축된 열 상태에 대해 비편재성 측도를 해석적으로 및 수치적으로 계산하기.
• 대칭적 분석을 통해 큰 열 광자 수의 극한에서 Bures 측도의 행동 연구하기.
• 다항식 근 찾기 및 신뢰도 최대화 기법을 활용하여 압축된 열 상태의 점근적 비편재성 값 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 연속 변수 가우시안 상태에서 양자 비편재성은 어떻게 기하적으로 측정할 수 있는가?
• RQ2 열 노이즈는 압축된 열 상태에서 양자 비편재성을 어떻게 수정하는가?
• RQ3 열 광자 수를 증가시키면 항상 가우시안 상태에서의 양자 비편재성이 악화되는가?
• RQ4 가우시안 상태에서의 양자 비편재성이 열 노이즈에 대해 비단조화적인 행동을 보일 수 있는가?
• RQ5 열 광자 수가 증가함에 따라 압축된 열 상태의 비편재성 측도는 점근적으로 어떻게 행동하는가?

주요 결과

• 편재성이 없는 단일 모드 가우시안 상태 집합은 정확히 이심이 없고 압축이 없는 열 상태에 해당한다.
• 이동 진폭이 증가함에 따라 비편재성이 단조롭게 증가하며, 이는 초위상 원리에 따라 예상되는 바이다.
• 압축된 열 상태의 경우, 열 광자 수를 증가시키면 비편재성이 비단조화적인 행동을 보인다: 비편재성은 처음에는 감소하지만, 이후 비영인 값으로 포화된다.
• 일부 압축 매개변수에 대해서는, 큰 열 광자 수 조건에서의 점근적 비편재성 값이 열 노이즈가 없는 경우의 비편재성 값을 초과한다.
• 열 광자 수가 증가함에 따라 Bures 비편재성 측도는 양의, 압축에 의존하는 상수로 점점 수렴한다.
• 관측된 소음 강화 비편재성은 다른 기하 양자 상관관계 측도에서 유사한 현상과 일치하며, 가우시안 상태의 강건한 특성임을 시사한다.