기능 분석과 양자 측정 이론에서, 양성 사업자 가치 측정(POVM)은 힐버트 공간의 양성 반확정 연산자 값을 갖는 척도다.POVM은 투영 값 측정(PVM)의 일반화이며, 이에 상응하여, POVM에 의해 기술된 양자 측정은 PVM에 의해 기술된 양자 측정의 일반화(투영 측정이라고 함)이다.
대략적으로 보아, POVM은 PVM과 순수한 상태의 혼합상태다.혼합 상태는 더 큰 시스템의 서브시스템 상태를 지정하기 위해 필요하다(양자 상태의 정화 참조). 이와 유사하게, POVM은 더 큰 시스템에서 수행되는 투영적 측정의 서브시스템에 미치는 영향을 설명하기 위해 필요하다.
POVM은 양자역학에서 가장 일반적인 종류의 측정이며 양자장 이론에서도 사용될 수 있다.[1]그것들은 양자 정보 분야에서 광범위하게 사용된다.
가장 간단한 경우, 한정된 수의 요소가 유한한 힐버트 공간에 작용하는 POVM의 경우 POVM은 힐버트 공간 에 있는양의 반확정행렬집합이다.[2]: 90
양자역학에서 POVM 요소 는 양자 상태과와 연관되어, 양자 상태 when {\에서 측정할 때 얻을 확률은 다음과 같다.
( )= ( F )
여기서 은는) 추적 연산자다.측정할 양자 상태가 순수 상태 인 경우 이 공식은 다음과 같이 감소한다.
( )= ψ F )= { \angle \langle
POVM의 가장 단순한 경우는 PVM의 가장 단순한 사례로, ID 매트릭스를 합한직교 프로젝터{ i의 집합이다.
PVM에 대한 확률 공식은 POVM과 동일하다.중요한 차이점은 POVM의 요소가 반드시 직교하는 것은 아니라는 것이다.따라서 POVM의 요소 수 은(는) 해당 요소가 작용하는 힐버트 공간의 치수보다 클 수 있다.한편, PVM의 N{\의 수는 기껏해야 힐버트 공간의 차원이다.
일반적으로 POVM은 요소의 수와 힐버트 공간의 치수가 유한하지 않은 상황에서도 정의될 수 있다.
정의.Let be measurable space; that is is a σ-algebra of subsets of . A POVM is a function defined on whose values are bounded non-negative self-adjoint operators on a Hilbert space (= I 및 모든 H {
Its key property is that it determines a probability measure on the outcome space, so that can be interpreted as the probability (density) of outcome when making a measurement on the quantum state .
이 정의는 투영 값 측정의 정의와 대조되어야 하며, 투영 값 측정의 경우 의 값이 투영 연산자가 되어야 한다는 점을 제외하고는 이와 유사하다.
나이마크의 확장 정리는[3] 더 큰 공간에 작용하는 PVM에서 POVM을 얻을 수 있는 방법을 보여준다.이 결과는 물리적으로 POVM 측정을 실현할 수 있는 방법을 제공하기 때문에 양자역학에서 매우 중요하다.[4]: 285
In the simplest case, of a POVM with a finite number of elements acting on a finite-dimensional Hilbert space, Naimark's theorem says that if is a POVM acting on a Hilbert space of dimension , then there exists a PVM acting on a Hilbert space of dimension and an isometry i {\에 대해
One way to construct such a PVM and isometry[5][6] is to let , , and
이 PVM으로 결과을(를) 얻을 확률은 원래 POVM으로 적절하게 변환할 확률과 동일하다.
이 구조는 등위계 을(를) U 즉 로 확장하여 POVM의 물리적 실현을 위한 레시피로 바꿀 수 있다.
이것은 언제나 할 수 있다.The recipe for realizing the POVM measurement described by on a quantum state is then to prepare an ancilla in the state , evolve it together with through the unit아리 , PVM{i i⟨ i i i i} i = i}^{n에 의해 설명된 안키야에서 투영 측정을 수행하십시오
Note that in this construction the dimension of the larger Hilbert space is given by . This is not the minimum possible, as a more complicated construction gives (assuming that [4]: 285
측정 후 상태
사후 측정 상태는 POVM 자체에 의해서가 아니라, 물리적으로 그것을 실현하는 PVM에 의해서 결정된다.동일한 POVM을 실현하는 PVM은 무한히 다양하기 때문에 사업자 {} = \{ 단독으로 측정 후 상태가 어떻게 될지는 결정하지 않는다.이를 확인하려면 단일 운영자의 경우
또한 = F 라는 속성을 가질 것이다. 등각계를 사용하도록
위의 구성에서 또한 동일한 POVM을 구현할 것이다.측정 대상 상태가 순수 상태 ⟩{\A}인 경우 결과 {\은(는) Ancilla와 함께 이를 사용하여 상태를 표시한다.
결과 을(를) 얻었을 때측정 대상 상태를 밀도 행렬 A 로 설명할 때 해당 사후 측정 상태는 다음과 같이 주어진다.
.
따라서 측정 후 상태는 으로 단일W {\W}에 따라 달라지는 것을 알 수 있다
투영 측정과 또 다른 차이점은 POVM 측정은 일반적으로 반복할 수 없다는 것이다.첫 번째 측정 결과 을 얻은 경우, 두 번째 측정에서 다른 결과 i }을 얻을 확률은 다음과 같다.
,
과(와) 1 {\ M_이(가) 직교하지 않으면 0이 아닐 수 있다.투영 측정에서 이러한 연산자는 항상 직교하므로 측정은 항상 반복 가능하다.
예: 모호하지 않은 양자 상태 차별
Bloch sphere representation of states (in blue) and optimal POVM (in red) for unambiguous quantum state discrimination on the states and . Note that on the Bloch s여기서 직교 상태는 반경직이다.
여러분이 알고 있는 2차원 Hilbert 공간의 양자 시스템이 상태{\} 또는 상태 {\에 있다고 가정해 보십시오If and are orthogonal, this task is easy: the set will form a PVM, and a projective measurement in this basis will determi확실히 국정을 회복하다그러나 {\과이(가) 직교하지 않으면 PVM이나 POVM 중 어느 쪽도 확실하게 구별할 수 있는 측정치가 없다는 점에서 이 작업은 불가능하다.[2]: 87 비직교적 상태를 완벽하게 구분하는 것이 불가능하다는 것은 양자암호화, 양자코인 플립, 양자화폐 등 양자정보 프로토콜의 기본이다.
모호하지 않은 양자 상태 차별(UQSD)의 과제는 차선책으로서, 때로는 결론에 도달하지 못한 결과를 초래하는 대가로 국가가 at 인지 아니면{\인지 결코 실수하지 않는 것이다.투영적인 측정으로 이것을 할 수 있다.[7]For example, if you measure the PVM , where is the quantum state orthogonal to , and obtain result , then you know with certainty that the state was . If the result was , then it is inconclusive.The analogous reasoning holds for the PVM , where is the state orthogonal to 을(를) 빛내다
그러나 이것은 만족스럽지 못하다. 단일한 측정으로과}을를) 모두 탐지할 수 없고 결정적인 결과를 얻을 확률은 POVMs보다 작기 때문이다. 이 작업에서 결정적인 결과의 가장 높은 확률을 제공하는 POVM은 giVM이다.을 존경하다.
Note that , so when outcome is obtained we are certain that the quantum state is 그리고 결과 {\을(를) 얻었을 때 양자 상태는 φ {\ \임이 확실하다.
결정적인 결과를 얻을 확률은 다음과 같다.
양자 시스템이 동일한 확률로 state 상태 \ \\{\인 경우.이 결과는 UQSD 연구를 개척한 저자들의 이름을 딴 이바노비치-딕스-페레스 한계로 알려져 있다.[9][10][11]
위의 구조를 사용하여 우리는 이 POVM을 물리적으로 실현하는 투영적 측정을 얻을 수 있다.POVM 요소의 제곱근은 다음과 같다.
어디에,
{\{\의 세 가지 가능한 안실라 상태 라벨 표시displaystylerangele 상태 {\{\text{}이( 확인됨은(는) 상태와 anicilla를 함께 표시함
그리고 이와 유사하게 을(를) 다음 항목과 함께 사용한다.
그런 다음, 안실라에 대한 측정은 POVM과 동일한 확률로 원하는 결과를 제공한다.
이 POVM은 광자의 비직교 편광 상태를 실험적으로 구별하기 위해 사용되었으며, 자유도 경로를 보조 도구로 사용했다.투영적 측정을 통한 POVM의 실현은 여기에서 설명한 것과 약간 달랐다.[12][13]