量子信息中的纠缠:定义、检测与特性
1. 混合态纠缠的定义
在量子信息领域,对于混合态的纠缠需要进行明确定义。如果一个态不能通过局域操作(以及经典通信)从一个积态制备出来,那么这个态就被称为纠缠态。这个定义具有多方面的合理性:
- 它与之前对纯态纠缠的定义相兼容。
- 直接表明纠缠只能通过相互作用产生。
- 不将经典关联(如之前章节中黑白球盒子的例子所讨论的关联)视为与纠缠现象相关。
- 该定义等价于规定积态的混合态不是纠缠态。
下面通过几个例子来进一步说明:
-例4:态 $\rho = |0, 0⟩⟨0, 0|$ 不是纠缠态,因为它本身就是一个积态。
-例5:任何形式为 $\rho = \rho_A\otimes\rho_B$ 的密度算符都不是纠缠态,因为态 $\rho_A$ 和 $\rho_B$ 可以从态 $|0⟩$ 局域制备出来。例如,态 $\rho = (\frac{1}{2}) \otimes(\frac{1}{2})$ 可以通过将每个系统制备在态 $|0⟩$ 或 $|1⟩$ 来得到。
-例6:态 $\rho = \frac{1}{2}(|0, 0⟩⟨0, 0| + |1, 1⟩⟨1, 1|)$ 不是纠缠态,因为可以通过以下局域方式制备:随机选择0或1,如果选择0,则将A和B都制备在态 $|0⟩$,否则制备在态 $|1⟩$。在这个过程中,只需要A和B之间进行经典通信,让制备者就制备的态达成一致,而不需要系统之间的相互作用。
然而,与纯态不同,一般情况下很难确定一个给定的密度算符