Skip to main content

Geometric Entanglement of Symmetric States and the Majorana Representation

  • Conference paper
Theory of Quantum Computation, Communication, and Cryptography (TQC 2010)

Part of the book series: Lecture Notes in Computer Science ((LNTCS,volume 6519))

Included in the following conference series:

Abstract

Permutation-symmetric quantum states appear in a variety of physical situations, and they have been proposed for quantum information tasks. This article builds upon the results of [New J. Phys. 12 (2010) 073025], where the maximally entangled symmetric states of up to twelve qubits were explored, and their amount of geometric entanglement determined by numeric and analytic means. For this the Majorana representation, a generalization of the Bloch sphere representation, can be employed to represent symmetric n qubit states by n points on the surface of a unit sphere. Symmetries of this point distribution simplify the determination of the entanglement, and enable the study of quantum states in novel ways. Here it is shown that the duality relationship of Platonic solids has a counterpart in the Majorana representation, and that in general maximally entangled symmetric states neither correspond to anticoherent spin states nor to spherical designs. The usability of symmetric states as resources for measurement-based quantum computing is also discussed.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Chapter
USD 29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD 39.99
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Softcover Book
USD 54.99
Price excludes VAT (USA)
  • Compact, lightweight edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. Altschuler, E.L., Williams, T.J., Ratner, E.R., Dowla, F., Wooten, F.: Phys. Rev. Lett. 72, 2671 (1994)

    Article  Google Scholar 

  2. Ashby, N., Brittin, W.E.: Am. J. Phys. 54, 776 (1986)

    Google Scholar 

  3. Aulbach, M., Markham, D. (in preparation)

    Google Scholar 

  4. Aulbach, M., Markham, D., Murao, M.: New J. Phys. 12, 073025 (2010)

    Google Scholar 

  5. Bacry, H.: J. Math. Phys. 15, 1686 (1974)

    Article  Google Scholar 

  6. Barnett, R., Turner, A., Demler, E.: Phys. Rev. A 76, 013605 (2007)

    Article  Google Scholar 

  7. Barnum, H., Linden, N.: J. Phys. A: Math. Gen. 34, 6787 (2001)

    Article  Google Scholar 

  8. Bastin, T., Krins, S., Mathonet, P., Godefroid, M., Lamata, L., Solano, E.: Phys. Rev. Lett. 103, 070503 (2009)

    Article  Google Scholar 

  9. Cavalcanti, D.: Phys. Rev. A 73, 044302 (2006)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  10. Chen, L., Xu, A., Zhu, H.: Phys. Rev. A 82, 032301 (2010)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  11. Crann, J., Pereira, R., Kribs, D.W.: J. Phys. A: Math. Theo. 43, 255307 (2010)

    Google Scholar 

  12. Davis, E.J.: Aerosol Sci. Technol. 26, 212 (1997)

    Google Scholar 

  13. D’Hondt, E., Panangaden, P.: Quant. Inf. Comp. 6, 173 (2006)

    MathSciNet  Google Scholar 

  14. Dicke, R.H.: Phys. Rev. 93, 99 (1954)

    Article  Google Scholar 

  15. Dinsmore, A.D., Hsu, M.F., Nikolaides, M.G., Marquez, M., Bausch, A.R., Weitz, D.A.: Science 298, 1006 (2002)

    Article  Google Scholar 

  16. Dodgson, M.J.W., Moore, M.A.: Phys. Rev. B 55, 3816 (1997)

    Article  Google Scholar 

  17. Dür, W., Vidal, G., Cirac, J.I.: Phys. Rev. A 62, 062314 (2000)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  18. Erber, T., Hockney, G.M.: J. Phys. A: Math. Gen. 24, L1369 (1991)

    Article  Google Scholar 

  19. Giraud, O., Braun, P.A., Braun, D.: New J. Phys. 12, 063005 (2010)

    Google Scholar 

  20. Gross, D., Flammia, S.T., Eisert, J.: Phys. Rev. Lett. 102, 190501 (2009)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  21. Hannay, J.H.: J. Phys. A: Math. Gen. 101, L101 (1996)

    Article  Google Scholar 

  22. Hannay, J.H.: J. Phys. A: Math. Gen. 31, L53 (1998)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  23. Hayashi, M., Markham, D., Murao, M., Owari, M., Virmani, S.: Phys. Rev. Lett. 96, 040501 (2006)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  24. Hayashi, M., Markham, D., Murao, M., Owari, M., Virmani, S.: Phys. Rev. A 77, 012104 (2008)

    Article  Google Scholar 

  25. Horodecki, R., Horodecki, P., Horodecki, M., Horodecki, K.: Rev. Mod. Phys. 81, 865 (2009)

    Google Scholar 

  26. Hübener, R., Kleinmann, M., Wei, T.C., González-Guillén, C., Gühne, O.: Phys. Rev. A 80, 032324 (2009)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  27. Jung, E., Hwang, M.R., Kim, H., Kim, M.S., Park, D., Son, J.W., Tamaryan, S.: Phys. Rev. A 77, 62317 (2008)

    Article  Google Scholar 

  28. Kolenderski, P.: Open Systems & Information Dynamics 17, 107 (2009)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  29. Kolenderski, P., Demkowicz-Dobrzanski, R.: Phys. Rev. A 78, 052333 (2008)

    Article  Google Scholar 

  30. Korbicz, J.K., Cirac, J.I., Lewenstein, M.: Phys. Rev. Lett. 95, 120502 (2005)

    Article  Google Scholar 

  31. Korbicz, J.K., Gühne, O., Lewenstein, M., Häffner, H., Roos, C.F., Blatt, R.: Phys. Rev. A 74, 052319 (2006)

    Article  Google Scholar 

  32. Kroto, H.W., Heath, J.R., O’Brien, S.C., Curl, R.F., Smalley, R.E.: Nature 318, 162 (1985)

    Article  Google Scholar 

  33. De Lathauwer, L., De Moor, B., Vandewalle, J.: SIAM J. Matrix Anal. Appl. 21, 1324 (2000)

    MathSciNet  Google Scholar 

  34. Leboeuf, P.: J. Phys. A: Math. Gen. 24, 4575 (1991)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  35. Leiderer, P.: Z. Phys. B 98, 303 (1995)

    Article  Google Scholar 

  36. Majorana, E.: Nuovo Cimento 9, 43–50 (1932)

    Google Scholar 

  37. Mäkelä, H., Suominen, K.A.: Phys. Rev. Lett. 99, 190408 (2007)

    Article  Google Scholar 

  38. Markham, D. (2010), arXiv:1001.0343

    Google Scholar 

  39. Markham, D., Miyake, A., Virmani, S.: New J. Phys. 9, 194 (2007)

    Google Scholar 

  40. Markham, D., Vedral, V.: Phys. Rev. A 67, 042113 (2003)

    Article  Google Scholar 

  41. Martin, J., Giraud, O., Braun, P.A., Braun, D., Bastin, T.: Phys. Rev. A 81, 062347 (2010)

    Article  Google Scholar 

  42. Marzec, C.J., Day, L.A.: Biophys. J. 65, 2559 (1993)

    Article  Google Scholar 

  43. Mathonet, P., Krins, S., Godefroid, M., Lamata, L., Solano, E., Bastin, T.: Phys. Rev. A 81, 052315 (2010)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  44. Mora, C.E., Piani, M., Miyake, A., Van den Nest, M., Dür, W., Briegel, H.J.: Phys. Rev. A 81, 042315 (2010)

    Article  Google Scholar 

  45. Van den Nest, M., Dür, W., Miyake, A., Briegel, H.J.: New J. Phys. 9, 204 (2007)

    Google Scholar 

  46. Van den Nest, M., Miyake, A., Dür, W., Briegel, H.J.: Phys. Rev. Lett. 97, 150504 (2006)

    Article  Google Scholar 

  47. Ni, G., Wang, Y.: Math. Comput. Modelling 46, 1345 (2007)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  48. Orús, R., Dusuel, S., Vidal, J.: Phys. Rev. Lett. 101, 025701 (2008)

    Article  Google Scholar 

  49. Plenio, M.B., Virmani, S.: Quant. Inf. Comp. 7, 1 (2007)

    Google Scholar 

  50. Prevedel, R., Cronenberg, G., Tame, M.S., Paternostro, M., Walther, P., Kim, M.S., Zeilinger, A.: Phys. Rev. Lett. 103, 020503 (2009)

    Article  Google Scholar 

  51. Radcliffe, J.M.: J. Phys. A: Math. Gen. 4, 313 (1971)

    Google Scholar 

  52. Renner, R.: Ph.D. thesis, ETH Zurich (2005), arXiv:quant-ph/0512258

    Google Scholar 

  53. Ribeiro, P., Vidal, J., Mosseri, R.: Phys. Rev. E 78, 021106 (2008)

    Google Scholar 

  54. Shimony, A.: Ann. NY. Acad. Sci. 755, 675 (1995)

    Google Scholar 

  55. De Silva, V., Lim, L.H.: SIAM J. Matrix Anal. Appl. 30, 1084 (2008)

    MathSciNet  Google Scholar 

  56. Tamaryan, S., Wei, T.C., Park, D.: Phys. Rev. A 80, 052315 (2009)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  57. Thomson, J.J.: Phil. Mag. 7, 237 (1904)

    Article  Google Scholar 

  58. Tóth, G.: J. Opt. Soc. Am. B 24, 275 (2007)

    Article  Google Scholar 

  59. Tóth, G., Gühne, O.: Phys. Rev. Lett. 102, 170503 (2009)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  60. Vedral, V., Plenio, M.B.: Phys. Rev. A 57, 1619 (1998)

    Article  Google Scholar 

  61. Vidal, G., Tarrach, R.: Phys. Rev. A 59, 141 (1999)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  62. Wei, T.C., Ericsson, M., Goldbart, P.M., Munro, W.J.: Quant. Inf. Comp. 4, 252 (2004)

    Google Scholar 

  63. Wei, T.C., Goldbart, P.M.: Phys. Rev. A 68, 042307 (2003)

    Article  Google Scholar 

  64. Wenninger, M.J.: Dual Models. Cambridge University Press, Cambridge (1983)

    Book  MATH  Google Scholar 

  65. Werner, R.F., Holevo, A.S.: J. Math. Phys. 43, 4353 (2002)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  66. Whyte, L.L.: Am. Math. Mon. 59, 606 (1952)

    Google Scholar 

  67. Wieczorek, W., Krischek, R., Kiesel, N., Michelberger, P., Tóth, G., Weinfurter, H.: Phys. Rev. Lett. 103, 020504 (2009)

    Article  Google Scholar 

  68. Zhu, H., Chen, L., Hayashi, M.: New J. Phys. 12, 083002 (2010)

    Google Scholar 

  69. Zimba, J.: Electron. J. Theor. Phys. 3, 143 (2006)

    Google Scholar 

  70. Zimba, J., Penrose, R.: Stud. Hist. Phil. Sci. 24, 697–720 (1993)

    Article  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Editor information

Editors and Affiliations

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2011 Springer-Verlag Berlin Heidelberg

About this paper

Cite this paper

Aulbach, M., Markham, D., Murao, M. (2011). Geometric Entanglement of Symmetric States and the Majorana Representation. In: van Dam, W., Kendon, V.M., Severini, S. (eds) Theory of Quantum Computation, Communication, and Cryptography. TQC 2010. Lecture Notes in Computer Science, vol 6519. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-18073-6_12

Download citation

  • DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-18073-6_12

  • Publisher Name: Springer, Berlin, Heidelberg

  • Print ISBN: 978-3-642-18072-9

  • Online ISBN: 978-3-642-18073-6

  • eBook Packages: Computer ScienceComputer Science (R0)

Publish with us

Policies and ethics