Operator $E$-norms and their use

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

We consider a family of equivalent norms (called operator $E$-norms) on the algebra $\mathfrak B(\mathscr H)$ of all bounded operators on a separable Hilbert space $\mathscr H$ induced by a positive densely defined operator $G$ on $\mathscr H$. By choosing different generating operators $G$ we can obtain the operator $E$-norms producing different topologies, in particular,the strong operator topology on bounded subsets of $\mathfrak B(\mathscr H)$.We obtain a generalised version of the Kretschmann-Schlingemann-Werner theorem, which shows that the Stinespring representation of completely positive linear maps is continuous with respect to the energy-constrained norm of complete boundedness on the set of completely positive linear maps and the operator $E$-norm on the set of Stinespring operators.The operator $E$-norms induced by a positive operator $G$ are well defined for linear operators relatively bounded with respect to the operator $\sqrt G$, and the linear space of such operators equipped with any of these norms is a Banach space. We obtain explicit relations between operator $E$-norms and the standard characteristics of $\sqrt G$-bounded operators. Operator $E$-norms allow us to obtain simple upper bounds and continuity bounds for some functions depending on $\sqrt G$-bounded operators used in applications.Bibliography: 29 titles.

About the authors

Maksim Evgenievich Shirokov

Steklov Mathematical Institute of Russian Academy of Sciences

Email: msh@mi-ras.ru
Doctor of physico-mathematical sciences, Head Scientist Researcher

References

  1. У. Браттели, Д. Робинсон, Операторные алгебры и квантовая статистическая механика, Мир, М., 1982, 512 с.
  2. V. Paulsen, Completely bounded maps and operator algebras, Cambridge Stud. Adv. Math., 78, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2002, xii+300 pp.
  3. М. Рид, Б. Саймон, Методы современной математической физики, т. 1, Функциональный анализ, Мир, М., 1977, 357 с.
  4. А. С. Холево, Квантовые системы, каналы, информация, МЦНМО, М., 2010, 328 с.
  5. J. Watrous, The theory of quantum information, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2018, viii+590 pp.
  6. M. M. Wilde, Quantum information theory, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2013
  7. А. Я. Хелемский, Лекции по функциональному анализу, МЦНМО, М., 2004, 552 с.
  8. M. E. Shirokov, “Strong convergence of quantum channels: continuity of the Stinespring dilation and discontinuity of the unitary dilation”, J. Math. Phys. (to appear)
  9. M. E. Shirokov, “On extension of quantum channels and operations to the space of relatively bounded operators”, Lobachevskii J. Math., 41:4 (2020), 714–727
  10. M. E. Shirokov, A. S. Holevo, “Energy-constrained diamond norms and quantum dynamical semigroups”, Lobachevskii J. Math., 40:10 (2019), 1569–1586
  11. D. Kretschmann, D. Schlingemann, R. F. Werner, “A continuity theorem for Stinespring's dilation”, J. Funct. Anal., 255:8 (2008), 1889–1904
  12. A. Winter, Energy-constrained diamond norms with applications to the uniform continuity of continuous variable channel capacities
  13. А. С. Холево, “Классические пропускные способности квантового канала с ограничением на входе”, Теория вероятн. и ее примен., 48:2 (2003), 359–374
  14. A. Winter, “Tight uniform continuity bounds for quantum entropies: conditional entropy, relative entropy distance and energy constraints”, Comm. Math. Phys., 347:1 (2016), 291–313
  15. С. В. Вейс, М. Е. Широков, “О крайних точках множества состояний с ограниченной энергией”, УМН (в печати)
  16. W. F. Stinespring, “Positive functions on $C^*$-algebras”, Proc. Amer. Math. Soc., 6:2 (1955), 211–216
  17. V. P. Belavkin, G. M. D'Ariano, M. Raginsky, “Operational distance and fidelity for quantum channels”, J. Math. Phys., 46:6 (2005), 062106, 23 pp.
  18. D. Aharonov, A. Kitaev, N. Nisan, “Quantum circuits with mixed states”, STOC' 98. Proceedings of the 30th annual ACM symposium on theory of computing (Dallas, TX, 1998), ACM, New York, 1999, 20–30
  19. М. Е. Широков, “О норме полной ограниченности с энергетическим ограничением и ее использовании в квантовой теории информации”, Пробл. передачи информ., 54:1 (2018), 24–38
  20. S. Pirandola, R. Laurenza, C. Ottaviani, L. Banchi, “Fundamental limits of repeaterless quantum communications”, Nat. Commun., 8 (2017), 15043
  21. M. E. Shirokov, “Uniform continuity bounds for information characteristics of quantum channels depending on input dimension and on input energy”, J. Phys. A, 52:1 (2019), 014001, 31 pp.
  22. R. Nair, “Quantum-limited loss sensing: Multiparameter estimation and Bures distance between loss channels”, Phys. Rev. Lett., 121 (2018), 230801
  23. S. Simons, Minimax and monotonicity, Lecture Notes in Math., 1693, Springer-Verlag, Berlin, 1998, xii+172 pp.
  24. A. Uhlmann, “The “transition probability” in the state space of a $*$-algebra”, Rep. Math. Phys., 9:2 (1976), 273–279
  25. Т. Като, Теория возмущений линейных операторов, Мир, М., 1972, 740 с.
  26. I. Bengtsson, K. Życzkowski, Geometry of quantum states. An introduction to quantum entanglement, 2nd ed., Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2017, xv+619 pp.
  27. М. Рид, Б. Саймон, Методы современной математической физики, т. 2, Гармонический анализ. Самосопряженность, Мир, М., 1978, 395 с.
  28. B. Simon, Operator theory, Compr. Course Anal., 4, Amer. Math. Soc., Providence, RI, 2015, xviii+749 pp.
  29. В. Ю. Протасов, М. Е. Широков, “О взаимно обратных преобразованиях функций на полупрямой”, Докл. РАН, 489:5 (2019), 452–455

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2020 Shirokov M.E.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».