LOCC
LOCC 是 Local Operations(局域操作)and Classical Communications(经典通信)的缩写,它是一种用在量子信息上、对量子态进行操作的方法。简单的说,当一个量子系统被分成许多部分,每个部分的测量和操作只限制在该部分上,各个部分之间允许经典通信,例如:打电话。许多量子信息的工作必须借由 LOCC 来完成,例如:假设某次实验室制备了一个贝尔态,但是却不能确定这个贝尔态是 还是
,其中
和
是
A和B两个量子比特是分隔两地的,并且由爱丽丝对量子比特A进行操作,由鲍勃对量子比特B进行操作。首先爱丽丝测量量子比特A并得到结果0,此时我们仍不知道当初实验室制备的贝尔态是 还是
。这时候爱丽丝借由打电话把结果告诉鲍勃,接着鲍勃对量子比特B进行测量并得到结果0,现在鲍勃得知波函数坍缩成
,所以推得实验室制备的贝尔态是
。
纠缠转换
将一个量子系统分成两部分,利用 LOCC 操作,把一个纠缠态转换成另一个纠缠态。举例说明:爱丽丝和鲍勃分别拥有一个纠缠态(纯态)的一部分,例如 。爱丽丝和鲍勃都只能对各自的自旋进行操作,也就是Local Operation的意思。当然这个操作也包含测量,当爱丽丝进行Sz的测量后,得到本征值+ħ/2,波函数坍缩成
,然后爱丽丝透过电话告诉鲍勃结果,这就是Classical Communications,鲍勃知道结果后也相应做了一个Local Operation,现在鲍勃做σx操作,于是波函数变为
。如果刚才爱丽丝测得本征值-ħ/2,波函数坍缩成
,则爱丽丝立即进行σx操作,然后经由电话告诉鲍勃,要求鲍勃不做任何操作,结果仍然可将波函数透过利用LOCC转换成
。
显然利用 LOCC 把某个态 转换成
,A与B之间的纠缠只能变小或维持不变。但是并不是只要
的纠缠熵比
的纠缠熵还小就必定能透过 LOCC 作转换。要判断可不可转,首先,可以把
和
分别做施密特分解:
将Schmidt值由大至小排列然后进行比较。尼尔森(Nielsen)在1999年提出定理:
若Majorization
,
对于所有 都成立,则
可利用LOCC转换成
。
然而若上述条件不成立,并不表示 LOCC 转换必定不成立。如果允许引入催化态,LOCC 转换仍有可能的。
催化转换
Jonathan 和 Plenio 在尼尔森定理发表不久即给出一个催化转换的例子:考虑
以上三个态已经过施密特分解且系数皆由大至小排列,以下进行 和
验算系数的前
项之和:
0 | 0.4 | 0.5 |
1 | 0.8 | 0.65 |
2 | 0.9 | 1.0 |
3 | 1.0 | 1.0 |
以上表格中,若“ 的前
项之和”比“
的前
项之和”小的话,填入绿色;大的话,填入红色;相等则是留下白色。如此一来,观察
方向的颜色便一目了然。如果所有颜色皆为绿色,则表示
可经由LOCC转换成
;如果所有颜色皆为红色,则表示
可经由LOCC转换成
;如果颜色既有红色又有绿色,则说明若无催化态便不可转换。
那么什么是“催化转换”和“催化态”呢?我们考虑直积态 和
: