양자 상태는 고전적 확률이론으로 완벽히 표현할 수 없는 특성이 있어 음수 영역을 포함하는 유사 확률 분포(quasiprobability distribution)를 이용하여야 표현이 가능하다. 이 유사 확률 분포의 음수 영역은 양자 이론과 고전적 확률 이론을 구분하여 주는 비고전성의 증거가 된다. 이 연구에서 저자들(서울대학교 양자정보과학그룹 Tan Kok Chuan 박사, 최성전 학생, 정현석 교수)은 유사 확률 분포의 음의 부피가 선형 광학적 작용들에 대해 단조감소 하는 성질을 지니는 비고전성의 정량적 척도임을 보였다. 이러한 척도는 단지 비고전성의 증거가 될 뿐 아니라 선형 광학 작용에 기반하는 자원 이론에 따라 정량적으로 규정되며, 물리적으로는 잡음에 대한 비고전적 자원의 견고성으로 해석 가능하다는 사실을 밝혔다.

그림: 단일광자를 더한 열상태(single-photon-added thermal state)의 비고전성 척도

Negativity of Quasiprobability Distributions as a Measure of Nonclassicality

We demonstrate that the negative volume of any s-parametrized quasiprobability, including the Glauber-Sudashan P-function, can be consistently defined and forms a continuous hierarchy of nonclassicality measures that are linear optical monotones. These measures belong to an operational resource theory of nonclassicality based on linear optical operations. The negativity of the Glauber-Sudashan P-function, in particular, can be shown to have an operational interpretation as the robustness of nonclassicality. We then introduce an approximate linear optical monotone, and show that this nonclassicality quantifier is computable and is able to identify the nonclassicality of nearly all nonclassical states.

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.110404