Helstrom測定は、2つの状態を区別しようとするときにエラー確率が最小になる測定です。
たとえば、2つの純粋な状態があるとしますと| φ ⟩、あなたはそれはあなたが持っているということであるかを知ることを望みます。もし⟨ ψ | φ ⟩ = 0、その後は3台のプロジェクタを用いた測定を指定することができます
P ψ =を| ψ ⟩ ⟨ ψ ||ψ⟩|ϕ⟩⟨ψ|ϕ⟩=0
(二次元ヒルベルト空間の場合、 ˉ P =0)。
Pψ=|ψ⟩⟨ψ|Pϕ=|ϕ⟩⟨ϕ|P¯=I−Pψ−Pϕ.
P¯=0
質問は、測定は、あなたがいる場合に行うべきものです?具体的には、のは、その仮定しよう⟨ ψを| φ ⟩ = COS (2 θ )、と私は(IIRC、これが最適である)だけ射影測定に集中します。その場合、U |のような
単一のUが常に存在します。ψ ⟩ = COS θ | 0 ⟩ + 罪θ | 1 ⟩⟨ψ|ϕ⟩≠0⟨ψ|ϕ⟩=cos(2θ)U
現在、これらの状態は |によって最適に区別されます。+ ⟩ ⟨ + | と | - ⟩ ⟨ - | (あなたが得る | + ⟩、そしてあなたが持っていたと仮定 U | ψを⟩)。したがって、最適な測定値である
P ψ =
U|ψ⟩=cosθ|0⟩+sinθ|1⟩U|ϕ⟩=cosθ|0⟩−sinθ|1⟩.
|+⟩⟨+||−⟩⟨−||+⟩U|ψ⟩
成功確率は
( cosPψ=U†|+⟩⟨+|UPϕ=U†|−⟩⟨−|UP¯=I−Pψ−Pϕ.
(cosθ+sinθ2–√)2=1+sin(2θ)2.
より一般的には、どのように次の2つの密度行列を区別しないとρ 2?計算することによって開始
δをρ = ρ 1 - ρ 2、
及び固有値を求める{ λ I }と固有ベクトルに対応| λ I ⟩のδ ρ。あなたは3つの測定の演算子を構築
P 1 = Σ I :λ I > 0 |ρ1ρ2
δρ=ρ1−ρ2,
{λi}|λi⟩δρ
あなたは答えを得る場合は
P 1を、あなたが持っていたと仮定
ρ 1を。あなたが取得する場合
、P 2を、あなたは持っていた
ρ 2を、あなたが取得する場合一方で、
P 0あなたは単にあなたが持っていたと思います。これにより、上記の純粋な状態戦略が再現されることを確認できます。この戦略の成功確率はどれくらいですか?
1P1=∑i:λi>0|λi⟩⟨λi|P2=∑i:λi<0|λi⟩⟨λi|P0=I−P1−P2.
P1ρ1P2ρ2P0
我々は、これを拡張することができる
112Tr((P1+P0/2)ρ1)+12Tr((P2+P0/2)ρ2)
ので、
P1+P2+P0=I及び
Trを(ρ1)=Trと(ρ2)=114Tr((P1+P2+P0)(ρ1+ρ2))+14Tr((P1−P2)(ρ1−ρ2))
P1+P2+P0=ITr(ρ1)=Tr(ρ2)=1、これはわずかであり、
12+14Tr((P1−P2)(ρ1−ρ2))=12+14Tr|ρ1−ρ2|.