La traccia traccia della differenza di due matrici di densità essendo una implica che queste due matrici di densità possono essere contemporaneamente diagonali?


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Credo che la risposta a questa domanda sia ben nota; ma, sfortunatamente, non lo so.

Nell'informatica quantistica, sappiamo che gli stati misti sono rappresentati da matrici di densità. E la traccia traccia della differenza delle matrici a due densità caratterizza la distinguibilità dei due stati misti corrispondenti. Qui, la definizione di norma di traccia è la somma di tutti gli autovalori della matrice di densità, con un fattore moltiplicativo supplementare 1/2 (in accordo con la differenza statistica di due distribuzioni). È noto che, quando la differenza tra due matrici di densità è una, allora i due stati misti corrispondenti sono totalmente distinguibili, mentre quando la differenza è zero, i due stati misti sono totalmente indistinguibili.

La mia domanda è: la traccia traccia della differenza di due matrici di densità essendo una implica che queste due matrici di densità possono essere contemporaneamente diagonali? Se questo è il caso, quindi prendere la misura ottimale per distinguere questi due stati misti si comporterà come per distinguere due distribuzioni nello stesso dominio con supporto disgiunto .


Potresti definire cos'è una matrice di densità? è solo una matrice definita positiva?
Suresh Venkat,

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@Suresh: una matrice di densità è una matrice semidefinita eremita positiva la cui traccia è uguale a 1.
Tsuyoshi Ito

La risposta alla domanda è sì, poiché la distanza di traccia 1 indica che le matrici a due densità hanno supporti ortogonali.
Tsuyoshi Ito,

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@Tsuyoshi: forse dovresti scrivere quel commento come risposta?
Robin Kothari,

@Robin: certo, fatto.
Tsuyoshi Ito,

Risposte:


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Ecco un modo per dimostrare il fatto che ti interessa.

ρ0ρ1ρ0ρ1

ρ0ρ1=P0P1
P0P1ρ0ρ1P0P1

ρ0ρ1

ρ0ρ1tr=12Tr(P0)+12Tr(P1).
P0=ρ0P1=ρ1

Per trarre questa conclusione, nota prima che e , quindi . Quindi, prendi e come proiezioni ortogonali sulle immagini di e , rispettivamente. Abbiamo so Entrambi eTr(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)deve essere contenuto nell'intervallo [0,1], dal quale concludiamo che e . Da queste equazioni non è difficile concludere e , e quindi con l'equazione sopra. Un argomento simile mostra .Tr(Π0ρ0)=1Tr(Π0ρ1)=0Π0ρ0=ρ0Π0ρ1=0P0=ρ0P1=ρ1

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Grazie, Prof. Watrous. In realtà, imparo tutte queste cose sulle matrici della norma di traccia e della densità dai tuoi appunti.
Jeremy Yan,

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Vorrei aggiungere che tutti gli argomenti discussi in questo post possono essere trovati negli appunti on-line del Professor Watours (lezione 3): cs.uwaterloo.ca/~watrous/quant-info
Jeremy Yan,

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Sì. Se la distanza di traccia delle matrici di due densità è uguale a 1, allora hanno supporti ortogonali e quindi sono contemporaneamente diagonali.


Immagino che la risposta sia sì, ma non conosco la prova.
Jeremy Yan,

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L'idea principale della dimostrazione che stabilisce due matrici di densità è totalmente distinguibile quando la distanza di traccia è una, è in diagonale la differenza delle due matrici di densità; ma come dimostrare la stessa base diagonalizza le due stesse matrici di densità? Forse queste matrici a due densità non sono diagonali rispetto a questa base, ma la loro differenza è. Qualcuno può dare qualche idea di prova, o dare alcuni riferimenti alla prova? Grazie.
Jeremy Yan,
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