Optical demonstrations of statistical decision theory for quantum systems

2004 ◽  
Vol 4 (6&7) ◽  
pp. 450-459
Author(s):  
S.M. Barnett
Keyword(s):  
Information Theory ◽  
Communication Systems ◽  
Quantum Information Theory ◽  
Quantum Systems ◽  
Quantum Limit ◽  
Statistical Decision Theory ◽  
Statistical Decision ◽  
Ideal Quantum ◽  
Optical Polarisation ◽  
The Ideal

The work of Holevo and other pioneers of quantum information theory has given us limits on the performance of communication systems. Only recently, however, have we been able to perform laboratory demonstrations approaching the ideal quantum limit. This article presents some of the known limits and bounds together with the results of our experiments based on optical polarisation.

scholarly journals ENTANGLEMENT SHARING: FROM QUBITS TO GAUSSIAN STATES

2006 ◽  
Vol 04 (03) ◽  
pp. 383-393 ◽  
Author(s):  
GERARDO ADESSO ◽  
FABRIZIO ILLUMINATI
Keyword(s):  
Information Theory ◽  
Quantum Information ◽  
Quantum Correlations ◽  
Quantum Information Theory ◽  
Continuous Variable ◽  
Quantum Systems ◽  
Tripartite Entanglement ◽  
Gaussian States ◽  
Trade Off ◽  
Entanglement Sharing

It is a central trait of quantum information theory that there exist limitations to the free sharing of quantum correlations among multiple parties. Such monogamy constraints have been introduced in a landmark paper by Coffman, Kundu and Wootters, who derived a quantitative inequality expressing a trade-off between the couplewise and the genuine tripartite entanglement for states of three qubits. Since then, a lot of efforts have been devoted to the investigation of distributed entanglement in multipartite quantum systems. In this paper we report, in a unifying framework, a bird's eye view of the most relevant results that have been established so far on entanglement sharing in quantum systems. We will take off from the domain of N qubits, graze qudits, and finally land in the almost unexplored territory of multimode Gaussian states of continuous variable systems.

scholarly journals Tensor networks and graphical calculus for open quantum systems

2015 ◽  
Vol 15 (9&10) ◽  
pp. 759-811
Author(s):  
Christopher J. Wood ◽  
Jacob D. Biamonte ◽  
David G. Cory
Keyword(s):  
Information Theory ◽  
Quantum Information ◽  
Open Quantum Systems ◽  
Quantum Information Theory ◽  
Quantum Systems ◽  
Bipartite State ◽  
Graphical Calculus ◽  
Open Quantum ◽  
Tensor Networks ◽  
Process Tomography

We describe a graphical calculus for completely positive maps and in doing so review the theory of open quantum systems and other fundamental primitives of quantum information theory using the language of tensor networks. In particular we demonstrate the construction of tensor networks to pictographically represent the Liouville-superoperator, Choi-matrix, process-matrix, Kraus, and system-environment representations for the evolution of quantum states, review how these representations interrelate, and illustrate how graphical manipulations of the tensor networks may be used to concisely transform between them. To further demonstrate the utility of the presented graphical calculus we include several examples where we provide arguably simpler graphical proofs of several useful quantities in quantum information theory including the composition and contraction of multipartite channels, a condition for whether an arbitrary bipartite state may be used for ancilla assisted process tomography, and the derivation of expressions for the average gate fidelity and entanglement fidelity of a channel in terms of each of the different representations of the channel.

scholarly journals On Classical and Quantum Liftings

2010 ◽  
Vol 17 (04) ◽  
pp. 361-387 ◽  
Author(s):  
L. Accardi ◽  
D. Chruściński ◽  
A. Kossakowski ◽  
T. Matsuoka ◽  
M. Ohya
Keyword(s):  
Information Theory ◽  
Quantum Information ◽  
General Theory ◽  
Open Systems ◽  
Quantum Information Theory ◽  
Quantum Systems

We analyze the procedure of lifting in classical stochastic and quantum systems. It enables one to 'lift' a state of a system into a state of 'system + reservoir'. This procedure is important both in quantum information theory and the theory of open systems. We illustrate the general theory of liftings by a particular class related to so-called circulant states.

scholarly journals Open quantum systems and applications to the quantum information theory

2019 ◽  
Author(s):  
Θεοδώρα Κολιώνη
Keyword(s):  
Information Theory ◽  
Relaxation Time ◽  
Quantum Information ◽  
Open Quantum Systems ◽  
Field Measurements ◽  
Quantum Information Theory ◽  
Quantum Systems ◽  
Entangled State ◽  
Quantum Field ◽  
Open Quantum

Η επιστήμη της κβαντικής πληροφορίας επιδιώκει την κατανόηση, στο ευρύτερο πλαίσιο της Κβαντομηχανικής, της πληροφορίας ως φυσικό αλλά και ως μαθηματικό εργαλείο. Έτσι, η κατανόηση των ιδιοτήτων της κβαντικής πληροφορίας (όπως π.χ. του εναγκαλισμού), κρίνεται απαραίτητη προϋπόθεση για την ανάπτυξη νέων κβαντικών τεχνολογιών. Στο πλαίσιο της διδακτορικής μου έρευνας ασχολήθηκα με α). την πλήρη κατανόηση και την περιγραφή της επικοινωνίας μεταξύ των απομακρυσμένων κβαντικών συστημάτων που αλληλεπιδρούν μέσω ενός κβαντικού πεδίου και β). την κατασκευή ενός θεωρητικού μοντέλου για την ακριβή περιγραφή του φαινομένου της μετάδοσης της πληροφορίας, η οποία δεν οδηγεί σε παραβίαση της αιτιότητας (Einstein causality). Για το σκοπό αυτό, στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε το σύστημα των δύο εντοπισμένων ανιχνευτών (αρμονικών ταλαντωτών) που αλληλεπιδρούν μέσω ενός άμαζου βαθμωτού κβαντικού πεδίου, στην κατάσταση του κενού, μέσω μίας Unruh-DeWitt αλληλεπίδρασης. Το σύστημα αυτό είναι ισοδύναμο με ένα ανοικτό κβαντικό σύστημα (QBM model), όπου το πεδίο παίζει το ρόλο του περιβάλλοντος. Είναι ακριβώς επιλύσιμο και αποτελεί ένα μοντέλο κατάλληλο για την αντιμετώπιση θεμελιωδών προβλημάτων που αφορούν στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ σωματιδίων και πεδίου, όπως το πρόβλημα της αιτιότητας (causality) και της τοπικότητας (locality) στις μετρήσεις κβαντικού πεδίου (quantum field measurements) που σχετίζονται και με τα πρόσφατα προτεινόμενα κβαντικά πειράματα στο διάστημα. Η ανάλυση της ακριβούς λύσης της χρονικής εξέλιξης του μοντέλου μας, οδήγησε στα ακόλουθα αποτελέσματα. i). Κοινές προσεγγίσεις που χρησιμοποιούνται για την μελέτη αντίστοιχων ανοικτών κβαντικών συστημάτων αποτυγχάνουν όταν η απόσταση μεταξύ των ανιχνευτών (συστημάτων) γίνεται ίση με την τάξη μεγέθους του χρόνου αποσύνθεσης (relaxation time) του συστήματος. Συγκεκριμένα, η μελέτη της δημιουργίας των συσχετισμών μεταξύ των απομακρυσμένων ανιχνευτών (συστημάτων) δεν περιγράφεται καλά από τη συνηθισμένη θεωρία διαταραχών (θεωρία διαταραχών 2ης τάξης) και την προσέγγιση Markov. ii). Υπάρχει μια μοναδική ασυμπτωτική κατάσταση στην οποία καταλήγει το υπό μελέτη σύστημα, η οποία είναι κατάσταση συσχετισμού (correlated state), όχι όμως κατάσταση εναγκαλισμού (entangled state), εκτός και αν η απόσταση μεταξύ των ανιχνευτών είναι τάξης μεγέθους του μήκους κύματος του ανταλλασσόμενου μεταξύ τους, κβάντου. iii). Τέλος, διαπιστώθηκε ότι η εξέλιξη των φαινομενικά εντοπισμένων παρατηρήσιμων μεγεθών είναι μη-αιτιακή. Το τελευταίο είναι μια σημαντική επίδειξη του προβλήματος των δύο ατόμων του Fermi, σε ένα σύστημα που μπορεί να επιλυθεί με ακρίβεια. Υποστηρίζουμε ότι η έννοια του εναγκαλισμού στα σχετικιστικά συστήματα, και ειδικότερα η μελέτη της φυσικής σημασίας της εξαγωγής του εναγκαλισμού από το κενό (Harvesting) απαιτεί επανακαθορισμό λόγω του προβλήματος της αιτιότητας. Το αποτέλεσμα της έρευνας αυτής, αναμένεται να συμβάλλει στην ανάπτυξη του τομέα της κβαντικής πληροφορίας, μέσα από τα αποτελέσματα που αφορούν στην κατανόηση της κβαντικής επικοινωνίαςσε μεγάλες αποστάσεις.

scholarly journals Universal recovery map for approximate Markov chains

2016 ◽  
Vol 472 (2186) ◽  
pp. 20150623 ◽  
Author(s):  
David Sutter ◽  
Omar Fawzi ◽  
Renato Renner
Keyword(s):  
Information Theory ◽  
Quantum Information ◽  
Mutual Information ◽  
Markov Chains ◽  
Quantum State ◽  
Quantum Information Theory ◽  
Quantum Systems ◽  
Topological Order ◽  
Central Question ◽  
Conditional Mutual Information

A central question in quantum information theory is to determine how well lost information can be reconstructed. Crucially, the corresponding recovery operation should perform well without knowing the information to be reconstructed. In this work, we show that the quantum conditional mutual information measures the performance of such recovery operations. More precisely, we prove that the conditional mutual information I ( A : C | B ) of a tripartite quantum state ρ ABC can be bounded from below by its distance to the closest recovered state R B → B C ( ρ A B ) , where the C -part is reconstructed from the B -part only and the recovery map R B → B C merely depends on ρ BC . One particular application of this result implies the equivalence between two different approaches to define topological order in quantum systems.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document