Phép đo Helstrom là phép đo có xác suất lỗi tối thiểu khi cố gắng phân biệt giữa hai trạng thái.
Ví dụ, hãy tưởng tượng bạn có hai trạng thái tinh khiết và | φ ⟩ , và bạn muốn biết đó là bạn phải. Nếu ⟨ ψ | φ ⟩ = 0 , sau đó bạn có thể chỉ định một phép đo với ba máy chiếu
P ψ = | ψ ⟩ ⟨ ψ || ψ⟩| φ⟩⟨ Ψ | φ ⟩ = 0
(Đối với không gian Hilbert hai chiều, ˉ P =0.)
Pψ= | ψ ⟩ ⟨ ψ |Pφ= | φ ⟩ ⟨ φ |P¯= Tôi - Pψ- Pφ.
P¯= 0
Câu hỏi đặt ra là những gì đo bạn nên thực hiện trong trường hợp đó ? Cụ thể, chúng ta hãy giả sử rằng ⟨ ψ | φ ⟩ = cos ( 2 θ ) , và tôi sẽ chỉ tập trung vào đo xạ (IIRC, đây là tối ưu). Trong trường hợp đó, luôn có một U đơn nhất sao cho
U | ψ ⟩ = cos q | 0 ⟩ + sin q | 1 ⟩⟨ Ψ | φ ⟩ ≠ 0⟨ Ψ | φ ⟩ = cos( 2 θ )Bạn
Bây giờ, những trạng thái được phân biệt tối ưu bởi | + ⟩ ⟨ + | và | - ⟩ ⟨ - | (bạn nhận | + ⟩ , và bạn giả sử bạn có U | ψ ⟩ ). Do đó, việc đo lường tối ưu là
P ψ = U † | + ⟩ ⟨ + |
Bạn| ψ⟩=cosθ | 0 ⟩ + sinθ | 1 ⟩Bạn| φ⟩=cosθ | 0 ⟩ - tội lỗiθ | 1 ⟩ .
| +⟩⟨+ || -⟩⟨- || +⟩Bạn| ψ⟩
Xác suất thành công là
( cos θ + sin θPψ=U†|+⟩⟨+|UPϕ=U†|−⟩⟨−|UP¯=I−Pψ−Pϕ.
(cosθ+sinθ2–√)2=1+sin(2θ)2.
ρ1ρ2
δρ=ρ1−ρ2,
{λi}|λi⟩δρP1=∑i:λi>0|λi⟩⟨λi|P2=∑i:λi<0|λi⟩⟨λi|P0=I−P1−P2.
P1ρ1P2ρ2P012Tr((P1+P0/2)ρ1)+12Tr((P2+P0/2)ρ2)
14Tr((P1+P2+P0)(ρ1+ρ2))+14Tr((P1−P2)(ρ1−ρ2))
P1+P2+P0=ITr(ρ1)=Tr(ρ2)=112+14Tr((P1−P2)(ρ1−ρ2))=12+14Tr|ρ1−ρ2|.