2つの密度行列の差のトレースノルムは、これら2つの密度行列が同時に対角化できることを意味しますか?


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この質問に対する答えはよく知られていると思います。しかし、残念ながら、私は知りません。

量子コンピューティングでは、混合状態は密度行列で表されることがわかっています。そして、2つの密度行列の差のトレースノルムは、2つの対応する混合状態の識別可能性を特徴づけます。ここで、トレースノルムの定義は、密度行列のすべての固有値の合計に、余分な乗法係数1/2を加えたものです(2つの分布の統計的差異による)。2つの密度行列の差が1である場合、対応する2つの混合状態は完全に区別可能であり、差がゼロの場合、2つの混合状態は完全に区別できないことがよく知られています。

私の質問は、2つの密度行列の差のトレースノルムが1であることは、これら2つの密度行列が同時に対角化可能であることを意味しますか?この場合、最適な測定を行ってこれら2つの混合状態を区別することは、互いに素なサポートを持つ同じドメイン上の2つの分布を区別するように動作します。


密度行列とは何ですか?それは単なる正定行列ですか?
Suresh Venkat

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@Suresh:密度行列は、そのトレース1に等しい。エルミート、半正定値行列である
剛伊藤

トレース距離が1であるということは、2つの密度行列が直交サポートを持っていることを意味するためです。
伊藤剛

1
@剛:そのコメントを答えとして書くべきでしょうか?
ロビンコタリ

@ロビン:もちろん。
伊藤剛

回答:


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興味のある事実を証明する1つの方法を次に示します。

ρ0ρ1ρ0ρ1

ρ0ρ1=P0P1
P0P1ρ0ρ1P0P1

ρ0ρ1

ρ0ρ1tr=12Tr(P0)+12Tr(P1).
P0=ρ0P1=ρ1

この結論を引き出すために、音符は、最初にそのとので、。次に、およびをそれぞれおよび画像への正射影にします。我々はので両方およびTr(P0)Tr(P1)=0Tr(P0)+Tr(P1)=2Tr(P0)=Tr(P1)=1Π0Π1P0P1

Π0(ρ0ρ1)=Π0(P0P1)=P0
Tr(Π0ρ0)Tr(Π0ρ1)=1.
Tr(Π0ρ0)Tr(Π0ρ1)間隔[0,1]に含まれている必要があり、そこからおよび。これらの方程式から、およびを結論付けることは難しくありません。したがって、上記の方程式でことができます。同様の引数は示しています。Tr(Π0ρ0)=1Tr(Π0ρ1)=0Π0ρ0=ρ0Π0ρ1=0P0=ρ0P1=ρ1

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ワトラウス先生、ありがとうございます。実際、これらのすべてのトレース標準と密度行列の内容を講義ノートから学びます。
ジェレミーヤン

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この投稿で説明したすべての内容は、ワトゥールズ教授のオンライン講義ノート(講義3)にあります。cs.uwaterloo.ca
ジェレミーヤン

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はい。2つの密度行列のトレース距離が1に等しい場合、それらは直交サポートを持っているため、同時に対角化可能です。


答えはイエスだと思いますが、その証拠はわかりません。
ジェレミーヤン

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2つの密度行列を確立する証明の主な考え方は、トレース距離が1の場合に完全に区別可能であり、2つの密度行列のを対角化することです。しかし、まったく同じ基底が2つの密度行列自体を対角化することを証明するにはどうすればよいですか?たぶん、これらの2つの密度行列は、この基底に関して対角線上にありませんが、違いはあります。誰もがいくつかの証拠のアイデアを与えることができますか、または証拠にいくつかの参照を与えることができますか?ありがとうございました。
ジェレミーヤン
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