Curvature of Gaussian quantum states
Abstract: The space of quantum states can be endowed with a metric structure using the second order derivatives of the relative entropy, giving rise to the so-called Kubo-Mori-Bogoliubov inner product. We explore its geometric properties on the submanifold of faithful, zero-displacement Gaussian states parameterised by their covariance matrices, deriving expressions for the geodesic equations, curvature tensors and scalar curvature. Our analysis suggests that the curvature of the manifold is strictly monotonic with respect to the von Neumann entropy, and thus can be interpreted as a measure of state uncertainty. This provides supporting evidence for the Petz conjecture in continuous variable systems.
- F. Nielsen, Entropy 22, 1100 (2020).
- G. Ruppeiner, Physical Review E 57, 5135 (1998).
- A. Caticha and R. Preuss, Physical Review E 70, 046127 (2004).
- S.-i. Amari, Frontiers of Electrical and Electronic Engineering in China 5, 241 (2010).
- G. Ruppeiner, Reviews of Modern Physics 67, 605 (1995).
- P. Salamon and R. S. Berry, Physical Review Letters 51, 1127 (1983).
- B. Mirza and M. Zamaninasab, Journal of High Energy Physics 2007, 059 (2007).
- G. Ruppeiner, Physical Review D 78, 024016 (2008).
- D. C. Brody and L. P. Hughston, Journal of geometry and physics 38, 19 (2001).
- S. L. Braunstein and C. M. Caves, Physical Review Letters 72, 3439 (1994).
- J. S. Sidhu and P. Kok, AVS Quantum Science 2 (2020), 10.1116/1.5119961.
- M. Scandi and M. Perarnau-Llobet, Quantum 3, 197 (2019).
- K. Brandner and K. Saito, Physical review letters 124, 040602 (2020).
- M. J. Hall, Physics Letters A 242, 123 (1998).
- S. Deffner and S. Campbell, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 50, 453001 (2017).
- I. Bengtsson and K. Życzkowski, Geometry of quantum states: an introduction to quantum entanglement (Cambridge university press, 2017).
- W. K. Wootters, Physical Review D 23, 357 (1981).
- D. Petz and G. Toth, Letters in Mathematical Physics 27, 205 (1993).
- D. Petz, Journal of Mathematical Physics 35, 780 (1994).
- R. Balian, Entropy 16, 3878 (2014).
- R. Kubo, Reports on progress in physics 29, 255 (1966).
- M. Hayashi, Journal of Physics A: Mathematical and General 35, 7689 (2002).
- S. Floerchinger and T. Haas, Physical Review E 102, 052117 (2020).
- J. Dittmann, Linear Algebra and its Applications 315, 83 (2000).
- P. Gibilisco and T. Isola, Journal of mathematical physics 46 (2005), 10.1063/1.1834693.
- D. Petz, Journal of Physics A: Mathematical and General 35, 929 (2002).
- H. Janyszek, Reports on mathematical physics 24, 11 (1986).
- H. Janyszek and R. Mrugal, Physical Review A 39, 6515 (1989).
- F. Tanaka, Journal of Physics A: Mathematical and General 39, 14165 (2006).
- V. Link and W. T. Strunz, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 48, 275301 (2015).
- P. Marian and T. A. Marian, Physical Review A 93, 052330 (2016).
- G. Di Giulio and E. Tonni, Journal of High Energy Physics 2020, 1 (2020).
- M. Mehboudi and H. J. Miller, Physical Review A 105, 062434 (2022).
- A. Andai, Journal of Multivariate Analysis 100, 777 (2009).
- J. Burbea, Informative geometry of probability spaces (Center for Multivariate Analysis, University of Pittsburgh, 1984).
- C. L. Siegel, Symplectic geometry (Elsevier, 2014).
- H. Umegaki, in Kodai Mathematical Seminar Reports, Vol. 14 (Department of Mathematics, Tokyo Institute of Technology, 1962) pp. 59–85.
- A. Lesniewski and M. B. Ruskai, Journal of Mathematical Physics 40, 5702 (1999).
- D. Petz, Linear algebra and its applications 244, 81 (1996).
- X.-y. Chen, Physical Review A 71, 062320 (2005).
- P. M. Alberti and A. Uhlmann, Stochasticity and partial order (Deutscher Verlag der Wissenschaften Berlin, 1982).
- D. C. Brody and D. W. Hook, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 42, 023001 (2008).
- G. Adesso and A. Datta, Physical review letters 105, 030501 (2010).
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.