1. Entanglement criteria for the bosonic and fermionic induced ensembles
- Author
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Stephane Dartois, Ion Nechita, Adrian Tanasa, School of Mathematics and Statistics [Melbourne], Faculty of Science [Melbourne], University of Melbourne-University of Melbourne, Information et Chaos Quantiques (LPT), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Bordelais de Recherche en Informatique (LaBRI), Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-20-CE47-0014,ESQuisses,Évolutions Stochastiques Quantiques(2020), ANR-18-CE47-0010,QuDATA,Algorithmes quantiques pour données massives(2018), ANR-20-CE48-0018,3DMaps,Combinatoire de cartes 3D(2020), Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
Condensed Matter::Quantum Gases ,Quantum Physics ,random ,[PHYS.MPHY]Physics [physics]/Mathematical Physics [math-ph] ,Probability (math.PR) ,matrix model ,Hilbert space ,FOS: Physical sciences ,Statistical and Nonlinear Physics ,Mathematical Physics (math-ph) ,Theoretical Computer Science ,Electronic, Optical and Magnetic Materials ,moment ,[PHYS.QPHY]Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph] ,Modeling and Simulation ,Signal Processing ,FOS: Mathematics ,Mathematics - Combinatorics ,Combinatorics (math.CO) ,Electrical and Electronic Engineering ,entanglement ,Quantum Physics (quant-ph) ,density matrix ,Mathematical Physics ,Mathematics - Probability - Abstract
We introduce the bosonic and fermionic ensembles of density matrices and study their entanglement. In the fermionic case, we show that random bipartite fermionic density matrices have non-positive partial transposition, hence they are typically entangled. The similar analysis in the bosonic case is more delicate, due to a large positive outlier eigenvalue. We compute the asymptotic ratio between the size of the environment and the size of the system Hilbert space for which random bipartite bosonic density matrices fail the PPT criterion, being thus entangled. We also relate moment computations for tensor-symmetric random matrices to evaluations of the circuit-counting and interlace graph polynomials for directed graphs., Comment: 37 pages, numerous figures and diagrammatics equations
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- 2021
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