[论文解读] Quantum coherence of Gaussian states

Daniela Buono, Gaetano Nocerino+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 4, 2016

Quantum Information and Cryptography参考文献 1被引用 9

一句话总结

本文通过从非相干（热）态出发的Bures距离与Hellinger距离，提出了一种针对单模高斯态的几何量子相干性度量方法。研究揭示了在压缩热态中存在一种反直觉的噪声增强相干性现象：在固定压缩度下，增加热光子数反而能增强相干性，这与典型的退相干预期相反。

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.

研究动机与目标

• 将有限维系统中量子相干性的量化方法推广至连续变量高斯态。
• 将非相干高斯态定义为无位移或压缩的纯热态。
• 基于Bures距离与Hellinger距离，发展几何相干性度量方法，以量化高斯态中的相干性。
• 分析相干性对位移、压缩和热噪声等物理参数的依赖关系。
• 识别在热光子数增加时，压缩热态中出现的非平凡相干性行为。

提出的方法

• 利用位移算符与压缩算符作用于热态，定义单模高斯态。
• 将非相干高斯态表征为福克基底下对角化的密度矩阵，对应于位移与压缩均为零的热态。
• 引入两种几何相干性度量：一种基于与非相干（热）态集合的Bures距离，另一种基于Hellinger距离。
• 对关键高斯态（相干态、热态、压缩热态）进行解析与数值计算，获得相干性度量结果。
• 采用渐近分析方法，研究大热光子数极限下Bures度量的行为。
• 运用多项式求根与保真度最大化技术，评估压缩热态在大热光子数极限下的渐近相干性值。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在连续变量高斯态中几何地量化量子相干性？
• RQ2 热噪声在压缩热态中如何改变量子相干性？
• RQ3 增加热光子数是否总是导致高斯态中量子相干性的退化？
• RQ4 量子相干性在热噪声增加时是否可能表现出非单调行为？
• RQ5 当热光子数增加时，压缩热态的相干性度量的渐近行为如何？

主要发现

• 非相干单模高斯态的集合恰好对应于位移与压缩均为零的热态。
• 相干性随位移幅值单调增加，符合叠加原理的预期。
• 对于压缩热态，增加热光子数会导致非单调行为：相干性起初下降，随后趋于一个非零的饱和值。
• 对于某些压缩参数，大热光子数极限下的渐近相干性值超过零热噪声时的相干性值。
• 随着热光子数增加，Bures相干性度量渐近趋于一个与压缩相关的正的常数。
• 所观察到的噪声增强相干性现象与其它几何量子关联度量中的类似现象一致，表明这是高斯态中一种稳健的特征。