Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Collective randomized measurements in quantum information processing

Published 19 Sep 2023 in quant-ph | (2309.10745v2)

Abstract: The concept of randomized measurements on individual particles has proven to be useful for analyzing quantum systems and is central for methods like shadow tomography of quantum states. We introduce $\textit{collective}$ randomized measurements as a tool in quantum information processing. Our idea is to perform measurements of collective angular momentum on a quantum system and actively rotate the directions using simultaneous multilateral unitaries. Based on the moments of the resulting probability distribution, we propose systematic approaches to characterize quantum entanglement in a collective-reference-frame-independent manner. First, we show that existing spin-squeezing inequalities can be accessible in this scenario. Next, we present an entanglement criterion based on three-body correlations, going beyond spin-squeezing inequalities with two-body correlations. Finally, we apply our method to characterize entanglement between spatially-separated two ensembles.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (41)
  1. A. Ketterer, N. Wyderka, and O. Gühne, Physical Review Letters 122, 120505 (2019).
  2. A. Ketterer, N. Wyderka, and O. Gühne, Quantum 4, 325 (2020).
  3. S. J. van Enk and C. W. Beenakker, Physical Review Letters 108, 110503 (2012).
  4. Y. Zhou, P. Zeng, and Z. Liu, Physical Review Letters 125, 200502 (2020).
  5. X.-D. Yu, S. Imai, and O. Gühne, Physical Review Letters 127, 060504 (2021b).
  6. S. Aaronson, in Proceedings of the 50th annual ACM SIGACT symposium on theory of computing (2018) pp. 325–338.
  7. H.-Y. Huang, R. Kueng, and J. Preskill, Nature Physics 16, 1050 (2020).
  8. M. Kitagawa and M. Ueda, Physical Review A 47, 5138 (1993).
  9. M. Horodecki, P. Horodecki, and R. Horodecki, Physical Review Letters 80, 5239 (1998).
  10. D. Gross, K. Audenaert, and J. Eisert, Journal of Mathematical Physics 48, 052104 (2007).
  11. G. Tóth and O. Gühne, Physical Review Letters 102, 170503 (2009).
  12. T.-C. Wei, Physical Review A 81, 054102 (2010).
  13. X. Wang and B. C. Sanders, Physical Review A 68, 012101 (2003).
  14. J. K. Korbicz, J. I. Cirac, and M. Lewenstein, Physical Review Letters 95, 120502 (2005).
  15. F. Bohnet-Waldraff, D. Braun, and O. Giraud, Physical Review A 94, 042343 (2016).
  16. G. Tóth, Physical Review A 69, 052327 (2004).
  17. B. Collins, S. Matsumoto, and J. Novak, arXiv preprint arXiv:2109.14890  (2022).
  18. P. D. Seymour and T. Zaslavsky, Advances in Mathematics 52, 213 (1984).
  19. T. Eggeling and R. F. Werner, Physical Review A 63, 042111 (2001).
  20. G. Tóth and M. W. Mitchell, New Journal of Physics 12, 053007 (2010).
  21. A. Peres, Physical Review Letters 77, 1413 (1996).
  22. M. Horodecki, P. Horodecki, and R. Horodecki, Physics Letters A 283, 1 (2001).
  23. I. Frérot and T. Roscilde, Physical Review Letters 126, 140504 (2021).
  24. G. Tóth, Physical Review A 85, 022322 (2012).
  25. G. Tóth and I. Apellaniz, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 47, 424006 (2014).
  26. M. Cramer, M. B. Plenio, and H. Wunderlich, Physical Review Letters 106, 020401 (2011).
  27. J. Steinberg and O. Gühne, arXiv preprint arXiv:2210.13475  (2022).
  28. K. R. Parthasarathy, Proceedings Mathematical Sciences 114, 365 (2004).
  29. M. Demianowicz and R. Augusiak, Physical Review A 98, 012313 (2018).
  30. J. Kofler and Č. Brukner, Physical Review A 74, 050304 (2006).
  31. O. Gühne and G. Tóth, Physics Reports 474, 1 (2009).
  32. M. Gessner, A. Smerzi, and L. Pezzè, Physical Review Letters 122, 090503 (2019).
  33. G. Kimura, Physics Letters A 314, 339 (2003).
  34. R. A. Bertlmann and P. Krammer, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 41, 235303 (2008).
  35. C. Eltschka and J. Siewert, Quantum 2, 64 (2018).
  36. L. Zhang, arXiv preprint arXiv:1408.3782  (2014).
  37. D. A. Roberts and B. Yoshida, Journal of High Energy Physics 2017, 1 (2017).
  38. R. J. Garcia, Y. Zhou, and A. Jaffe, Physical Review Research 3, 033155 (2021).
  39. S. Imai, O. Gühne, and S. Nimmrichter, Physical Review A 107, 022215 (2023).
  40. L. Mirsky, Monatshefte für Mathematik 79, 303 (1975).
  41. G. Tóth, JOSA B 24, 275 (2007).
Citations (4)

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Tweets

Sign up for free to view the 1 tweet with 0 likes about this paper.