일반화 상대 엔트로피

Generalized relative entropy

일반화된 상대적 엔트로피(Generalized relative entropy, {\} -상대적 엔트로피)는 두 양자 상태 간의 차이를 측정하는 척도다.양자 상대 엔트로피의 "원샷" 아날로그로, 후자의 많은 특성을 공유한다.

양자정보이론의 연구에서는 일반적으로 정보처리 업무가 독립적으로 여러 번 반복된다고 가정한다.따라서 해당 정보이론적 개념은 점증적 한계로 정의된다.본질적인 엔트로피 조치인 폰 노이만 엔트로피는 그러한 개념 중 하나이다.이와는 대조적으로 원샷 양자정보이론의 연구는 한 번만 과제를 수행할 때 정보처리와 관련이 있다.전통적인 관념이 자원 요건의 정확한 특성화를 중단함에 따라 이 시나리오에서는 새로운 진입성 조치가 나타난다. -filentropy는 특히 흥미로운 척도 중 하나이다.

점증적 시나리오에서 상대 엔트로피는 중요한 척도 그 자체 외에 다른 척도의 모수량 역할을 한다.마찬가지로 -관계 엔트로피는 원샷 시나리오의 다른 측정에 대한 상위 수량으로서 기능한다.

정의

-상대 D ( D의 정의에 동기를 부여하려면 가설 검증의 정보처리 작업을 고려하십시오가설 테스트에서, 우리는 두 밀도 연산자 을(를) 구별하는 전략을 구상하고자 한다 전략은 Q I- 를 가진 POVM이다 전략이 입력 {에 정확한 추측을 산출할 확률 is given by and the probability that it produces a wrong guess is given by . -relative entropy captures the minimum probability of error when the state is 의 성공 확률이 적어도 점을 감안하면 \epsilon}.

(, ) 의 경우 두 양자 상태 - ent {\displaystyle ho 사이의 관계 엔트로피가 정의된다.

정의에서 D ( ) D 0가) 확실하다.이 불평등은 아래와 같이 = 인 경우에만 포화 상태가 된다.

미량 거리와의 관계

밀도 측정 시스템 사이의 추적 거리가 다음과 같다고 가정해 보십시오.

0< < 1 의 경우 이 값은 다음과 같다.

a)

특히, 이는 다음과 같은 핀커[1] 불평등의 아날로그를 암시한다.

b) - - ( ( ) .D^{\

Furthermore, the proposition implies that for any , if and only if , inheriting this property from the trace distance.이 결과와 그 증거는 뒤푸이 외 연구진에서 찾을 수 있다.[2]

부등식 증명 a)

상한:미량 거리는 다음과 같이 기록할 수 있다.

최대값은 Q 이(가) - - -의 양의 eigenspace에 직교 프로젝터일 때 달성된다 모든 POVM Q 대해서는

) 이(가 있으면,

-관계 엔트로피의 정의에서 우리는

하한: 을(를) - -σ - {\ \rho - 의 양의 eigenspace에 직교 투영으로 Q {\ I {\ Q의 볼록 조합으로 한다

여기서 =( -) ) 1- ( ). )}{1-\rho

이 말은

따라서

게다가

=( -+ ) ) = +\)\ 우리가 한 Q {\ 마지막으로의 정의로 다시 쓸 수 있다

그러므로,

부등식 증명 b)

핀커와 같은 불평등을 도출하려면 다음을 관찰하십시오.

데이터 처리 불평등에 대한 대안적 증거

폰 노이만 엔트로피의 근본적인 특성은 강한 부첨성이다.Let denote the von Neumann entropy of the quantum state , and let be a quantum state on the tensor product Hilbert space 강한 하위adaddivity는 다음과 같이 말한다.

여기서 B, B , B __{},\ _ 첨자로 표시된 공간의 감소된 밀도 매트릭스를 가리킨다.상호 정보의 관점에서 다시 쓰여질 때, 이 불평등은 직관적인 해석을 가지고 있다; 그것은 시스템의 정보 콘텐츠가 그 시스템에 대한 지역 양자 연산의 작용에 의해 증가될 수 없다고 명시한다.이 형태에서는 데이터 처리 불평등이라고 더 잘 알려져 있으며, 양자 연산 하에서는 상대 엔트로피의 단조로움에 해당한다.[3]

모든 CPTP 지도 에 대해 서 S ) ,ent )는 양자 상태의 상대 엔트로피를

-상대 엔트로피도 양자 연산 하에서는 단조로움을 복종한다는 것을 쉽게 알 수 있다.[4]

( ) D ( e ) E( ){ { { { { ) {E

for any CPTP map . To see this, suppose we have a POVM to distinguish between and such that . We construct a new POVM to distinguish between and CPTP 맵의 조정도 긍정적이고 일률적이므로 유효한 POVM이다.Note that , where is the POVM that achieves 이것 자체가 흥미로울 뿐만 아니라, 데이터 처리 불평등을 증명할 수 있는 다음과 같은 대안적인 방법을 우리에게 준다.[2]

스타인 보조정리기의 양자 아날로그에 [5]의해

여기서 최소값을 1 Q ( n) ≥.

지도 {n {\^{\ nn {\ n 상태에 데이터 처리 불평등을 적용하면 결과를 얻을 수 있다

양쪽에서 로 나누고 를 n{\ \으로 설정하면 원하는 결과가 나온다

참고 항목

참조

  1. ^ 와우, J.양자정보론, 2013년 가을5, 페이지 194 https://cs.uwaterloo.ca/~wattle/CS766/DraftChapters/5.QuantumEntropy.pdf[permanent dead link]
  2. ^ a b Dupuis, F.; Krämer, L.; Faist, P.; Renes, J. M.; Renner, R. (2013). "Generalized Entropies". XVIIth International Congress on Mathematical Physics. WORLD SCIENTIFIC. pp. 134–153. arXiv:1211.3141. doi:10.1142/9789814449243_0008. ISBN 978-981-4449-23-6. S2CID 118576547.
  3. ^ Ruskai, Mary Beth (2002). "Inequalities for quantum entropy: A review with conditions for equality". Journal of Mathematical Physics. AIP Publishing. 43 (9): 4358–4375. arXiv:quant-ph/0205064. Bibcode:2002JMP....43.4358R. doi:10.1063/1.1497701. ISSN 0022-2488. S2CID 3051292.
  4. ^ Wang, Ligong; Renner, Renato (15 May 2012). "One-Shot Classical-Quantum Capacity and Hypothesis Testing". Physical Review Letters. 108 (20): 200501. arXiv:1007.5456. Bibcode:2012PhRvL.108t0501W. doi:10.1103/physrevlett.108.200501. ISSN 0031-9007. PMID 23003132. S2CID 3190155.
  5. ^ Dénez Petz (2008). "8". Quantum Information Theory and Quantum Statistics. Theoretical and Mathematical Physics. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. Bibcode:2008qitq.book.....P. doi:10.1007/978-3-540-74636-2. ISBN 978-3-540-74634-8.