“可由振幅矩阵的奇异值分解得到这些系数:$\lambda i,\mu i$ 是奇异值的平方,按降序排列并补零至等长。Nielsen 定理说,存在确定性LOCC 转换 $\psi\to\phi$…”
形式陈述
Alice 与 Bob 分别持有非零有限维系统
例如 Alice 的第一步由完全正、迹不增映射
其迹是分支概率。确定性转换
直觉
双方可以测量自己的系统、引入本地辅助态、丢弃本地寄存器,并通过普通消息协调操作。每一步都不能把量子系统直接送到另一边,也不能把跨实验室的纠缠门当作免费本地门。
经典通信能告知“刚才发生了哪个分支”,从而让双方实施相应校正。它并不能凭空提供相干的联合量子操作。
为什么 LOCC 不能从可分态造纠缠
输入若为
这个论证甚至覆盖后选择:从可分输入开始,某个成功分支也不会变成纠缠态。若实验确实生成了纠缠,资源一定来自预共享纠缠、量子通信或非本地相互作用之一。
例子与边界
测量、通知、校正
双方共享
如果只测量而不作上述校正,忽略结果后确定得到混态
可分操作是更宽的数学外包络
将每个局部仪器分支展开为Kraus 算子,并沿完整分支复合,任意有限轮 LOCC 信道可以写成
但满足这类乘积 Kraus 表示的可分操作不一定有 LOCC 分支树实现。乘积算子只描述最终代数形式,未保证每轮局部测量的完备性及可交换的经典记录。因此证明某任务连可分操作都做不到,可推出 LOCC 做不到;找到可分操作却尚未给出 LOCC 协议。
无限轮、有限轮的并集及其拓扑闭包也可能不同。讨论精确单次转换与渐近资源率时,应写明允许哪类极限。
图中虚线表示经典结果通知;“双方 I”与“双方 X”表示 Alice、Bob 各自在自己的系统上实施相应校正。
推论与应用
Nielsen 定理为双边纯态的确定性 LOCC 转换给出可计算的主序条件;纠缠蒸馏则研究许多混态副本能换来多少近似 Bell 对。二者使用相同的免费操作,却有不同的输入、误差与极限条件。
量子传态也由 LOCC 步骤实现,但消耗预共享 Bell 对。这个资源不能从协议说明中删掉,否则就会把“利用纠缠传输量子态”误读成“仅靠经典通信创造量子信道”。
参考资料
- John Watrous,《The Theory of Quantum Information》,Cambridge University Press,2018,§6.1.2,Definition 6.25、式 (6.120) 及后续说明:LOCC 信道的分支求和与经典记录的丢弃。