[论文解读] Bosonic Minimum Output Entropy and Gaussian Discord

Stefano Pirandola, Nicolas J. Cerf+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2013

Quantum Computing Algorithms and Architecture参考文献 3被引用 2

一句话总结

本文通过利用最近被解决的玻色子最小输出熵猜想，证明了在包括两模压缩热态在内的广泛一类双模高斯态中，高斯失谐具有最优性。它表明，对于这些态的量子失谐计算可被限制在局部高斯测量上，从而在量子光学和信息系统的量子关联中实现完全表征。

ABSTRACT

In this Letter we exploit the recently-solved conjecture on the bosonic minimum output entropy to show the optimality of Gaussian discord, so that the computation of quantum discord for bipartite Gaussian states can be restricted to local Gaussian measurements. We prove such optimality for a large family of Gaussian states, including all two-mode squeezed thermal states, which are the most typical Gaussian states realized in experiments. Our family also includes other types of Gaussian states and spans their entire set in a suitable limit where they become Choi-matrices of Gaussian channels. As a result, we completely characterize the quantum correlations possessed by some of the most important bosonic states in quantum optics and quantum information.

研究动机与目标

• 建立在量子信息系统中双模高斯态的高斯失谐最优性。
• 通过将优化限制在局部高斯测量上来解决量子失谐计算的挑战。
• 表征实验相关的高斯态（如两模压缩热态）中的量子关联。
• 将高斯失谐最优性的有效性扩展到一个广泛的高斯态家族，包括收敛于高斯通道的 Choi 矩阵的态。

提出的方法

• 利用最近被证明的玻色子最小输出熵猜想，分析高斯态中的量子关联。
• 将最小输出熵结果应用于证明，对于一大类高斯态，高斯测量可实现最小输出熵。
• 证明这些态的量子失谐被最小化，因此可由局部高斯测量最优捕获。
• 考虑高斯态收敛于高斯通道的 Choi 矩阵的极限情况，将结果扩展至此类态的完整集合。
• 利用量子信息理论和连续变量系统中的工具，分析熵度量和量子关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 高斯失谐对于双模高斯态是否最优，特别是在实验相关的配置中？
• RQ2 对于一大类高斯态，能否将量子失谐的计算限制在局部高斯测量上？
• RQ3 玻色子最小输出熵猜想是否意味着在连续变量系统中失谐计算的最优性？
• RQ4 高斯失谐最优的态族在多大程度上覆盖了全部高斯态或其极限？

主要发现

• 本文证明了高斯失谐对所有两模压缩热态都是最优的，这些态在实验量子光学中具有核心地位。
• 高斯失谐的最优性扩展到了一个大的高斯态家族，包括物理上可实现且实验可访问的态。
• 该结果在高斯态趋近于高斯通道的 Choi 矩阵的极限情况下依然成立，表明其具有广泛适用性。
• 这些态的量子失谐计算可被完全限制在局部高斯测量上，从而简化了量子关联的分析。