Skip to main content
Erschienen in: Quantum Information Processing 1/2021

01.01.2021

The uncertainty of quantum channels in terms of variance

verfasst von: Yuan Sun, Nan Li

Erschienen in: Quantum Information Processing | Ausgabe 1/2021

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

By use of the generalized variance for any operator (not necessarily Hermitian), we introduce the uncertainty of quantum channels as the sum of the generalized variances for the Kraus operators of quantum channels and prove that it satisfies several desirable properties. Then, we establish two trade-off relations between the uncertainty of quantum channels and the entanglement fidelity which is introduced by Schumacher (Phys. Rev. A 54: 2614, 1996) and quantifies how well the channel preserves the entanglement between the input system and the auxiliary system for purification. Finally, we illustrate the uncertainty of quantum channels through some typical examples.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
2.
Zurück zum Zitat Nielsen, M.A., Chuang, I.L.: Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press, Cambridge (2000)MATH Nielsen, M.A., Chuang, I.L.: Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press, Cambridge (2000)MATH
3.
Zurück zum Zitat Cimini, V., Gianani, I., Sbroscia, M., Sperling, J., Barbieri, M.: Measuring coherence of quantum measurements. Phys. Rev. Research 1, 033020 (2019)ADSCrossRef Cimini, V., Gianani, I., Sbroscia, M., Sperling, J., Barbieri, M.: Measuring coherence of quantum measurements. Phys. Rev. Research 1, 033020 (2019)ADSCrossRef
4.
Zurück zum Zitat Theurer, T., Egloff, D., Zhang, L., Plenio, M.B.: Quantifying operations with an application to coherence. Phys. Rev. Lett. 122, 190405 (2019)ADSCrossRef Theurer, T., Egloff, D., Zhang, L., Plenio, M.B.: Quantifying operations with an application to coherence. Phys. Rev. Lett. 122, 190405 (2019)ADSCrossRef
5.
Zurück zum Zitat Li, L., Bu, K., Liu, Z.W.: Quantifying the resource content of quantum channels: An operational approach. Phys. Rev. A 101, 022335 (2020)ADSMathSciNetCrossRef Li, L., Bu, K., Liu, Z.W.: Quantifying the resource content of quantum channels: An operational approach. Phys. Rev. A 101, 022335 (2020)ADSMathSciNetCrossRef
6.
Zurück zum Zitat Liu, Y., Yuan, X.: Operational resource theory of quantum channels. Phys. Rev. Research 2, 012035 (2020)ADSCrossRef Liu, Y., Yuan, X.: Operational resource theory of quantum channels. Phys. Rev. Research 2, 012035 (2020)ADSCrossRef
7.
Zurück zum Zitat Banaszek, K.: Fidelity balance in quantum operations. Phys. Rev. Lett. 86, 1366 (2001)ADSCrossRef Banaszek, K.: Fidelity balance in quantum operations. Phys. Rev. Lett. 86, 1366 (2001)ADSCrossRef
8.
Zurück zum Zitat Luo, S., Fu, S., Li, N.: Decorrelating capabilities of operations with application to decoherence. Phys. Rev. A 82, 052122 (2010)ADSCrossRef Luo, S., Fu, S., Li, N.: Decorrelating capabilities of operations with application to decoherence. Phys. Rev. A 82, 052122 (2010)ADSCrossRef
9.
Zurück zum Zitat Galve, F., Plastina, F., Paris, M.G.A., Zambrini, R.: Discording power of quantum evolutions. Phys. Rev. Lett. 110, 010501 (2013)ADSCrossRef Galve, F., Plastina, F., Paris, M.G.A., Zambrini, R.: Discording power of quantum evolutions. Phys. Rev. Lett. 110, 010501 (2013)ADSCrossRef
10.
Zurück zum Zitat Mani, A., Karimipour, V.: Cohering and decohering power of quantum channels. Phys. Rev. A 92, 032331 (2015)ADSCrossRef Mani, A., Karimipour, V.: Cohering and decohering power of quantum channels. Phys. Rev. A 92, 032331 (2015)ADSCrossRef
12.
Zurück zum Zitat Zanardi, P., Styliaris, G., Venuti, L.C.: Coherence-generating power of quantum unitary maps and beyond. Phys. Rev. A 95, 052306 (2017)ADSCrossRef Zanardi, P., Styliaris, G., Venuti, L.C.: Coherence-generating power of quantum unitary maps and beyond. Phys. Rev. A 95, 052306 (2017)ADSCrossRef
13.
Zurück zum Zitat Zhang, L., Ma, Z., Chen, Z., Fei, S.-M.: Coherence generating power of unitary transformations via probabilistic average. Quantum Inf. Process. 17, 186 (2018)ADSMathSciNetMATHCrossRef Zhang, L., Ma, Z., Chen, Z., Fei, S.-M.: Coherence generating power of unitary transformations via probabilistic average. Quantum Inf. Process. 17, 186 (2018)ADSMathSciNetMATHCrossRef
14.
Zurück zum Zitat Styliaris, G., Venuti, L.C., Zanardi, P.: Coherence-generating power of quantum dephasing processes. Phys. Rev. A 97, 032304 (2018)ADSCrossRef Styliaris, G., Venuti, L.C., Zanardi, P.: Coherence-generating power of quantum dephasing processes. Phys. Rev. A 97, 032304 (2018)ADSCrossRef
16.
Zurück zum Zitat Schlosshauer, M.A.: Decoherence, the measurement problem, and interpretations of quantum mechanics. Rev. Mod. Phys. 76, 1267 (2005)ADSCrossRef Schlosshauer, M.A.: Decoherence, the measurement problem, and interpretations of quantum mechanics. Rev. Mod. Phys. 76, 1267 (2005)ADSCrossRef
17.
Zurück zum Zitat Luo, S.: Heisenberg uncertainty relation for mixed states. Phys. Rev. A 72, 042110 (2005)ADSCrossRef Luo, S.: Heisenberg uncertainty relation for mixed states. Phys. Rev. A 72, 042110 (2005)ADSCrossRef
18.
20.
Zurück zum Zitat Heisenberg, W.: Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik. Z. Phys. A: Hadrons Nucl. 43, 172 (1927)MATHCrossRef Heisenberg, W.: Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik. Z. Phys. A: Hadrons Nucl. 43, 172 (1927)MATHCrossRef
21.
22.
Zurück zum Zitat Schrödinger, E.: About Heisenberg uncertainty relation. Proc. Russ. Acad. Sci. Phys. Math. Sect. 19, 296 (1930) Schrödinger, E.: About Heisenberg uncertainty relation. Proc. Russ. Acad. Sci. Phys. Math. Sect. 19, 296 (1930)
24.
26.
Zurück zum Zitat Li, N., Luo, S., Sun, Y.: Information-theoretic aspects of Werner states. Ann. Phys. 424, 168371, (2021) Li, N., Luo, S., Sun, Y.: Information-theoretic aspects of Werner states. Ann. Phys. 424, 168371, (2021)
27.
Zurück zum Zitat Chen, B., Fei, S.M.: Total variance and invariant information in complementary measurements. Commun. Theor. Phys. 72, 065106 (2020)ADSMathSciNetCrossRef Chen, B., Fei, S.M.: Total variance and invariant information in complementary measurements. Commun. Theor. Phys. 72, 065106 (2020)ADSMathSciNetCrossRef
30.
Zurück zum Zitat Luo, S., Li, N.: Decoherence and measurement-induced correlations. Phys. Rev. A 84, 052309 (2011)ADSCrossRef Luo, S., Li, N.: Decoherence and measurement-induced correlations. Phys. Rev. A 84, 052309 (2011)ADSCrossRef
31.
Zurück zum Zitat Cheong, Y.W., Lee, S.W.: Balance between information gain and reversibility in weak Measurement. Phys. Rev. Lett. 109, 150402 (2012)ADSCrossRef Cheong, Y.W., Lee, S.W.: Balance between information gain and reversibility in weak Measurement. Phys. Rev. Lett. 109, 150402 (2012)ADSCrossRef
32.
Zurück zum Zitat Zhu, X., Zhang, Y., Liu, Q., Wu, S.: Information gain versus coupling strength in quantum measurements. Phys. Rev. A 85, 042330 (2012)ADSCrossRef Zhu, X., Zhang, Y., Liu, Q., Wu, S.: Information gain versus coupling strength in quantum measurements. Phys. Rev. A 85, 042330 (2012)ADSCrossRef
33.
Zurück zum Zitat Shitara, T., Kuramochi, Y., Ueda, M.: Trade-off relation between information and disturbance in quantum measurement. Phys. Rev. A 93, 032134 (2016)ADSMathSciNetCrossRef Shitara, T., Kuramochi, Y., Ueda, M.: Trade-off relation between information and disturbance in quantum measurement. Phys. Rev. A 93, 032134 (2016)ADSMathSciNetCrossRef
34.
Zurück zum Zitat Fan, L., Ge, W., Nha, H., Zubairy, M.S.: Trade-off between information gain and fidelity under weak measurements. Phys. Rev. A 92, 022114 (2015)ADSCrossRef Fan, L., Ge, W., Nha, H., Zubairy, M.S.: Trade-off between information gain and fidelity under weak measurements. Phys. Rev. A 92, 022114 (2015)ADSCrossRef
35.
Zurück zum Zitat Xi, Z.: Information gain and information leak in quantum measurements. Phys. Rev. A 93, 052308 (2016)ADSCrossRef Xi, Z.: Information gain and information leak in quantum measurements. Phys. Rev. A 93, 052308 (2016)ADSCrossRef
36.
Zurück zum Zitat Buscemi, F., Sacch, M.F.: Information-disturbance trade-off in quantum-state discrimination. Phys. Rev. A 74, 052320 (2006)ADSMathSciNetCrossRef Buscemi, F., Sacch, M.F.: Information-disturbance trade-off in quantum-state discrimination. Phys. Rev. A 74, 052320 (2006)ADSMathSciNetCrossRef
37.
Zurück zum Zitat Seveso, L., Paris, M.G.A.: Trade-off between information and disturbance in qubit thermometry. Phys. Rev. A 97, 032129 (2018)ADSCrossRef Seveso, L., Paris, M.G.A.: Trade-off between information and disturbance in qubit thermometry. Phys. Rev. A 97, 032129 (2018)ADSCrossRef
38.
Zurück zum Zitat Terashim, H.: Derivative of the disturbance with respect to information from quantum measurements. Quantum Inf. Process 18, 63 (2019)ADSMathSciNetCrossRef Terashim, H.: Derivative of the disturbance with respect to information from quantum measurements. Quantum Inf. Process 18, 63 (2019)ADSMathSciNetCrossRef
39.
Zurück zum Zitat Kull, I., Guérin, P.A., Verstraete, F.: Uncertainty and trade-offs in quantum multiparameter estimation. J. Phys. A: Math. Theor. 53, 244001 (2020)ADSMathSciNetCrossRef Kull, I., Guérin, P.A., Verstraete, F.: Uncertainty and trade-offs in quantum multiparameter estimation. J. Phys. A: Math. Theor. 53, 244001 (2020)ADSMathSciNetCrossRef
40.
Zurück zum Zitat Schumacher, B.: Sending entanglement through noisy quantum channels. Phys. Rev. A 54, 2614 (1996)ADSCrossRef Schumacher, B.: Sending entanglement through noisy quantum channels. Phys. Rev. A 54, 2614 (1996)ADSCrossRef
41.
Zurück zum Zitat Barnum, H., Nielsen, M.A., Schumacher, B.: Information transmission through a noisy quantum channel. Phys. Rev. A 57, 6 (1998)CrossRef Barnum, H., Nielsen, M.A., Schumacher, B.: Information transmission through a noisy quantum channel. Phys. Rev. A 57, 6 (1998)CrossRef
43.
Zurück zum Zitat Juan, F.H., Gang, L.J., Bin, S.: Connections of coherent information, quantum discord, and entanglement. Commun. Theor. Phys. 57, 589 (2012)ADSMathSciNetMATHCrossRef Juan, F.H., Gang, L.J., Bin, S.: Connections of coherent information, quantum discord, and entanglement. Commun. Theor. Phys. 57, 589 (2012)ADSMathSciNetMATHCrossRef
44.
Zurück zum Zitat Xiang, Y., Xiong, S.J.: Entanglement fidelity and measurement of entanglement presevation in quantum processes. Phys. Rev. A 76, 014301 (2007)ADSMathSciNetCrossRef Xiang, Y., Xiong, S.J.: Entanglement fidelity and measurement of entanglement presevation in quantum processes. Phys. Rev. A 76, 014301 (2007)ADSMathSciNetCrossRef
45.
Zurück zum Zitat Xiang, Y., Xiong, S.J.: Entropy exchange, coherent information, and concurrence. Phys. Rev. A 76, 014306 (2007)ADSCrossRef Xiang, Y., Xiong, S.J.: Entropy exchange, coherent information, and concurrence. Phys. Rev. A 76, 014306 (2007)ADSCrossRef
46.
Zurück zum Zitat Sharma, G., Sazim, S., Pati, A.K.: Quantum coherence, coherent information and information gain in quantum measurement. Europhys. Lett. 127, 50004 (2019)ADSCrossRef Sharma, G., Sazim, S., Pati, A.K.: Quantum coherence, coherent information and information gain in quantum measurement. Europhys. Lett. 127, 50004 (2019)ADSCrossRef
49.
Zurück zum Zitat Fan, Y., Cao, H., Wang, W., Meng, H., Chen, L.: Uncertainty relations with the generalized Wigner-Yanase-Dyson skew information. Quantum Inf. Process. 17, 157 (2018)ADSMathSciNetMATHCrossRef Fan, Y., Cao, H., Wang, W., Meng, H., Chen, L.: Uncertainty relations with the generalized Wigner-Yanase-Dyson skew information. Quantum Inf. Process. 17, 157 (2018)ADSMathSciNetMATHCrossRef
50.
Zurück zum Zitat Luo, S., Sun, Y.: Coherence and complementary in state-channel interaction. Phys. Rev. A 98, 012113 (2018)ADSCrossRef Luo, S., Sun, Y.: Coherence and complementary in state-channel interaction. Phys. Rev. A 98, 012113 (2018)ADSCrossRef
51.
Zurück zum Zitat Buscemi, F., Chiribella, G., D’Ariano, G.M.: Inverting quantum decoherence by classical feedback from the environment. Phys. Rev. Lett. 95, 090501 (2005)ADSCrossRef Buscemi, F., Chiribella, G., D’Ariano, G.M.: Inverting quantum decoherence by classical feedback from the environment. Phys. Rev. Lett. 95, 090501 (2005)ADSCrossRef
52.
Zurück zum Zitat Brádler, K., Hayden, P., Touchette, D., Wilde, M.M.: Trade-off capacities of the quantum Hadamard channels. Phys. Rev. A 81, 062312 (2010)ADSCrossRef Brádler, K., Hayden, P., Touchette, D., Wilde, M.M.: Trade-off capacities of the quantum Hadamard channels. Phys. Rev. A 81, 062312 (2010)ADSCrossRef
54.
Zurück zum Zitat Korzekwa, K., Lostaglio, M., Jennings, D., Rudolph, T.: Quantum and classical entropic uncertainty relations. Phys. Rev. A 89, 042122 (2014)ADSCrossRef Korzekwa, K., Lostaglio, M., Jennings, D., Rudolph, T.: Quantum and classical entropic uncertainty relations. Phys. Rev. A 89, 042122 (2014)ADSCrossRef
Metadaten
Titel
The uncertainty of quantum channels in terms of variance
verfasst von
Yuan Sun
Nan Li
Publikationsdatum
01.01.2021
Verlag
Springer US
Erschienen in
Quantum Information Processing / Ausgabe 1/2021
Print ISSN: 1570-0755
Elektronische ISSN: 1573-1332
DOI
https://doi.org/10.1007/s11128-020-02972-3

Weitere Artikel der Ausgabe 1/2021

Quantum Information Processing 1/2021 Zur Ausgabe

Neuer Inhalt