有几种方法可以质疑物理系统状态的具体量子力学特性。首先,人们可能会问它的相干性有多强。量子态相干叠加的存在是物质波干涉现象的起源,因此,这是一个典型的量子特征,对此提出了几种测量和证据(有关最近的综述,请参阅 [1])。其次,当所研究的系统是二分或多分系统时,其组成部分的纠缠是另一个内在的量子特征。有大量文献探讨了各种测量方法来量化给定状态中包含的纠缠量 [2–14]。最后,对于玻色子量子场的模式,出现了第三种非经典性概念,通常称为光学非经典性。根据格劳伯的观点,光场的相干态(及其混合态)被视为“经典”,因为它们具有正的格劳伯-苏达山 P 函数 [15]。从那时起,多年来人们开发了多种光学非经典性测量方法,以测量与光学经典状态的偏离 [15–41]。光场量子态的这三种不同的、典型的量子属性被认为可作为量子信息或计量学的资源 [38, 39, 42–44]。那么自然而然地就会出现一个问题:这些属性之间有着什么样的定量关系。例如,在 [45] 中,给出了使用非相干操作从具有给定相干度的状态中可以产生多少纠缠的界限:这将相干性与纠缠联系起来。在 [46] 中,状态的相干性和光学非经典性被证明是相互关联的:远对角线密度矩阵元素 ρ ( x, x ′ ) 或 ρ ( p, p ′ ) 的显著值(称为“相干性”)是状态的光学非经典性的见证。我们的目的是建立多模玻色子场的光学非经典性和二分纠缠之间的关系。直观地看,由于所有光学经典态都是可分离的,因此强纠缠态应该是强光学非经典态。相反,仅具有弱光学非经典性的状态不可能高度纠缠。为了使这些陈述精确且定量,我们需要测量纠缠度和光学非经典性。作为评估二分纠缠的自然指标,我们使用形成纠缠 (EoF) [4]。关于光学非经典性,我们使用最近引入的单调性 [38, 39],我们将其称为总噪声单调性 ( M TN )。它是通过将纯态上定义的所谓总噪声∆x2+∆p2扩展到混合态(通过凸屋顶结构,参见(1))得到的,对于该值来说,它是光学非经典性的一个完善的量度[38–41]。我们的第一个主要结果(定理 1 和 1')在于,对于 n = n A + n B 模式的二分系统的任意状态 ρ,EoF(ρ) 关于 M TN (ρ) 的函数有一个上限。特别地,当 n A = n B = n/ 2 时,这个上限意味着包含 m 个纠缠比特的状态必须具有光学非经典性(通过 M TN 测量),并且该光学非经典性随 m 呈指数增长。作为应用,我们表明,当可分离纯态撞击平衡光束分束器时可以产生的最大纠缠度由该状态的光学非经典性的对数所限制,通过 M TN 测量。换句话说,虽然众所周知分束器可以产生纠缠 [28, 47, 48],但纠缠量受到本态光学非经典性程度的严重限制。定理 1 和 1' 中的界限可以很容易地计算出纯态的界限,因为 EoF 与还原态的冯·诺依曼熵相重合,而 M TN 与总噪声相重合。然而,对于混合态,界限与两个通常难以评估的量有关。我们的第二个主要结果(定理 2)解决了这个问题
我们分析了纯失相系统相关的多时间统计数据,这些统计数据反复用尖锐测量探测,并寻找其统计数据满足 Kolmogorov 一致性条件(可能达到有限阶)的测量协议。我们发现了量子失相过程的丰富现象学,可以用经典术语来解释。特别是,如果底层失相过程是马尔可夫过程,我们会发现在每个阶上都可以找到经典性的充分条件:这可以通过选择完全兼容或完全不兼容的失相和测量基础(即相互无偏基 (MUB))来实现。对于非马尔可夫过程,经典性只能在完全兼容的情况下证明,从而揭示了马尔可夫和非马尔可夫纯失相过程之间的一个关键区别。
当两个政党(爱丽丝和鲍勃)共享相关的量子系统和爱丽丝执行本地测量时,爱丽丝对鲍勃状态的最新描述可以提供非经典相关性的证据。可以通过允许BOB还具有经典或量子系统作为输入来修改这种简单的场景,可以通过Einstein,Podolsky和Rosen(EPR)引入著名的情况。在这种情况下,爱丽丝在鲍勃实验室中更新了她对渠道(而不是状态)的了解。在本文中,我们提供了一个统一的框架,用于研究EPR方案的各种此类概括的非古老性。我们使用一种资源理论来做到这一点,其中免费操作是本地操作和共享随机性(LOSR)。我们得出了一个半决赛计划,用于研究EPR资源的预订,并发现后者之间可能的转换。此外,我们在分析和数字上研究了量子后资源之间的转换。
爱因斯坦-波多尔斯基-罗森 (EPR) 操纵通常(隐式或显式)被视为幽灵般的超距作用的证据。操纵的另一种观点是,爱丽丝对鲍勃系统的物理状态没有因果影响;相反,爱丽丝只是通过对与鲍勃相关的系统进行测量来更新她对鲍勃系统状态的了解。在本文中,我们详细阐述了这一观点(从这一观点来看,“操纵”一词本身就不合适),并引出了 EPR 场景中相关性的资源理论处理。对于二分和多分场景,我们开发了由此产生的资源理论,其中自由操作是本地操作和共享随机性 (LOSR)。我们表明,在这个范式中,自由操作下的资源转换可以用一个半定程序实例来评估,从而使问题在数值上易于处理。此外,我们发现资源预序结构具有一些有趣的特性,例如无限的不可比资源家族。在展示这一点时,我们推导出新的 EPR 资源单调。我们还讨论了我们的方法相对于现有的“转向”资源理论的优势,并讨论了我们的方法如何阐明基本问题,例如哪些多部分组合可以用经典方式解释。
量子速度极限 (QSL) 何时才是真正的量子?虽然 QSL 时间的消失通常表示经典行为的出现,但目前仍未完全了解经典性的哪些方面是这种动力学特征的起源。在这里,我们表明 QSL 时间的消失(或量子速度的发散)可以追溯到量子可观测量不确定性的降低,因此可以理解为这些特定可观测量出现经典性的结果。我们通过为经历一般高斯动力学的连续变量量子系统开发 QSL 形式来说明这种机制。对于这些系统,我们表明导致 QSL 时间消失的三个典型场景,即大压缩、小有效普朗克常数和大粒子数,可以从根本上相互联系。相反,通过研究开放量子系统和混合态的动力学,我们表明由于添加经典噪声而导致状态不相干混合而出现的经典性通常会增加 QSL 时间。
相干性是光的波动性和物理学的量子性背后的概念。在量子力学中,薛定谔猫很好地说明了相干性,即宏观不相容情形的相干叠加。当叠加态的相干性消失时,所有量子特性都消失,取而代之的只是对猫态的经典无知。实际上,退相干是解释经典世界出现的最流行机制 [1]。这是量子光学和经典光学中发展迅速的研究领域。在经典光学中,近年来干涉相关现象扩展到矢量光引起了人们的兴趣 [2-6]。在量子光学中,相干性作为量子信息处理等新兴量子技术的基础的发现促使了这项研究 [7],量化相干性已成为资源理论 [8,9] 所表达的中心任务。从相干性作为量子特征的理解来看,似乎有理由将其作为从第一原理研究非经典行为的任何方法的基础。在本文中,我们建立了量子相干性与非经典性之间的定量关系。我们发现非经典性是通过改变基可以显示的最大相干性,这与偏振度是在幺正变换下可以达到的两个填充模式之间的最大相干性相同[10-12]。基于l1范数的相干性量化器已被建立为有限维空间中相干性的良好度量[8,9]。在本文中,我们用类似Hellinger的距离来表示这种相干性测度。我们还定义了与此距离相关的所有量值的量化器。在第二部分中,我们建立了这些量化器并推导了有限维空间中它们之间的关系。在第三节中,我们计算了一些相关状态的相干性。在第四节中,分析在无限维空间中重现。在第五节中,我们研究该理论是否可以扩展到具有连续光谱的参考可观测量。Fi-
量子测量最终是一个物理过程,这是由于测量系统与测量设备之间的相互作用所致。考虑在热力学环境中测量的物理过程自然提出了以下问题:如何解释工作和热量?在本文中,我们为可观察到的任意离散的测量方案的测量过程建模。在这里,要测量的系统首先与设备耦合,随后相对于可观察到的指针,因此对化合物系统进行对象,从而产生确定的测量结果。因此,由于单一耦合,该工作可以解释为复合系统内部能量的变化。通过热力学的第一定律,热量是由于指针对象的后续内部能量的随后变化。我们认为,只有当指针可观察到与哈密顿量的通勤情况并表明这种交换性意味着热量的不确定性一定是经典的,该设备才是测量结果的稳定记录。
1东京医学和牙科大学的文科和科学学院,2-8-3-30 Konodai,Ichikawa,Ichikawa 272-0827,日本2,Hakubi高级研究中心,京都大学,Yoshida-Honmachi,Sakyo-ku,Sakyo-Ku,Sakyo-Ku,Kyoto 606-8501,日本科学,33年,KAW 33 Japan 4 Department of Physics I, Kyoto University, Kitashirakawa Oiwake-cho, Sakyo-ku, Kyoto 606-8502, Japan 5 National Institute of Information and Communications Technology, 4-2-1, Nukui-Kitamachi, Koganei, Tokyo 184-8795, Japan 6 Qatar Environment and Energy Research Institute, Hamad Bin Khalifa University, Qatar Foundation,多哈,卡塔尔∗作者,应向其解决任何信件。7目前的地址:日本东京大学光子科学技术研究所,日本东京113-0033。
在其成立的早期,量子力学也被称为波浪力学,量子状态被称为波形[1],这突显了材料运动的经典轨道现实的根本性,这种情况在现代量子光学上反转,在现代量子上,经典性与波动性质和非类粒子相关(量子性7 pontic)是与2相关的pontos iS pontos is classication s的相关性。对非经典性的追求导致量子光学的出现,许多理论上鉴定了光的非经典特性(玻璃体场),例如挤压,反式堆积,副统计统计数据,SchrödingerCat States等,这些量子已经经验丰富,并且已经经验丰富,并且已经进行了数量的量化。现在已广泛认识到,波斯环境状态的非经典性是量子力学的基本组成部分,也是量子实践中的重要资源,具有广泛的应用。已做出了明显的努力来检测和量化国家的非古老性,并引入了各种措施或量化器。第一个广泛使用的数量来表征光的非经典性,似乎是曼德尔的Q参数[11],它使用光子数与泊松分布的偏差来指示非经典性。各种基于距离的
我们设计了一种通过相空间分布相关性来认证非经典特征的方法,该方法统一了准概率和相关函数矩阵的概念。我们的方法补充并扩展了基于切比雪夫积分不等式的最新结果 [Phys. Rev. Lett. 124, 133601 (2020)]。这里开发的方法在相空间中的任意点关联任意相空间函数,包括多模场景和高阶相关性。此外,我们的方法提供了必要和充分的非经典性标准,适用于 s 参数化函数以外的相空间函数,并且可以在实验中使用。为了证明我们技术的强大功能,我们仅使用二阶相关和 Husimi 函数来验证离散和连续变量、单模和多模以及纯态和混合态的量子特性,这些函数始终类似于经典概率分布。此外,我们还研究了我们方法的非线性推广。因此,我们设计了一个通用且广泛适用的框架,以揭示相空间分布矩阵中的量子特性。