Кіріспе
Математикада Стинспрингтің кеңейту теоремасы, сонымен қатар Стинспрингтің факторлау теоремасы деп аталады, ол В. Форрест Стинспрингтің есімімен аталған, операторлық теорияның нәтижесі, ол C* алгебрасы A-дағы кез келген толық оң картаны әрқайсысының арнайы формасы бар екі толық оң картаның құрамасы ретінде көрсетеді: A * A-ның кейбір көмекші Хилберт кеңістігінде K-ның бейнесі, содан кейін T V * TV түріндегі операторлық карта. Сонымен қатар, Стинспринг теоремасы - Гильберт кеңістігіндегі шектелген операторлар алгебрасына C* алгебрасынан құрылым теоремасы. Толық оң карталар * бейнелеулердің қарапайым модификациялары немесе кейде * гомоморфизмдер деп аталады.
A * representation of A on some auxiliary Hilbert space K followed by
An operator map of the form T ↦ V*TV. Moreover, Stinespring's theorem is a structure theorem from a C* algebra into the algebra of bounded operators on a Hilbert space. Completely positive maps are shown to be simple modifications of * representations, or sometimes called * homomorphisms.
Дәлелдің сызбасы
Енді дәлелді қысқаша суреттейміз. For , K-дің барлық сандарына жартылай сызықтықпен анықтап, кеңейтілсін. Бұл Hermitian сесквилинерлік форма, өйткені * операциясымен үйлесімді. Содан кейін, осы сесквилинеарлық форманың шын мәнінде оң жартылай анықталмаған екенін көрсету үшін толық оңдық қолданылады. Позитивті жартылай анықталмаған гермиттік сесквилинерлік нысандар Коши-Шварц теңсіздікін қанағаттандыратындықтан, қосалқы жиынтық - қосалқы кеңістік. Біз дегенерацияны бөлшек кеңістікті қарастыру арқылы алып тастай аламыз Бұл бөлшек кеңістіктің аяқталуы Hilbert кеңістігі, сонымен қатар Next define арқылы белгіленеді және оны тексеруге болады және қажетті қасиеттерге ие болады. Байқаңыз, бұл H-дің K-ге табиғи алгебралық кірігуі. Бұл дұрыс екенін тексеруге болады. Атап айтқанда, егер және тек қана егер Изометрия болып табылады. Бұл жағдайда H гильберттік кеңістікте K-ге еніп, K-ге әсер етіп, H-ге проекция болады. Символикалық түрде біз Дилатация теориясының тілінде, яғни бұл қысылу деп жаза аламыз.
and extend by semi linearity to all of K. This is a Hermitian sesquilinear form because is compatible with the * operation. Complete positivity of is then used to show that this sesquilinear form is in fact positive semidefinite. Since positive semidefinite Hermitian sesquilinear forms satisfy the Cauchy–Schwarz inequality, the subset
is a subspace. We can remove degeneracy by considering the quotient space The completion of this quotient space is then a Hilbert space, also denoted by Next define and One can check that and have the desired properties. Notice that is just the natural algebraic embedding of H into K. One can verify that holds. In particular holds so that is an isometry if and only if In this case H can be embedded, in the Hilbert space sense, into K and , acting on K, becomes the projection onto H. Symbolically, we can write
In the language of dilation theory, this is to say that is a compression of It is therefore a corollary of Stinespring's theorem that every unital completely positive map is the compression of some * homomorphism.
Кейбір салдарлар
Біз Стинспринг теоремасының салдары ретінде қарастырылатын бірнеше нәтижелерді атап өттік. Тарихи тұрғыдан алғанда, төмендегі кейбір нәтижелер Стинспринг теоремасының алдында пайда болды.
GNS құрылымы
GelfandNaimarkSegal (GNS) құрылымы келесідей. Стинспринг теоремасындағы H бір өлшемді болсын, яғни күрделі сандар. Енді Φ А-да оң сызықтық функционал. Егер Φ - күй, яғни Φ - нормасы 1 болса, онда изометрия бірлік нормасының кейбіреуіне байланысты анықталады. Сонымен, біз GNS-тің штаттардың санын қайтадан таптық. Бұл тек қана оң емес, толық оң карталар оң функционалдардың шынайы жалпылануы екенін көрудің бір жолы. С* алгебрасындағы сызықтық оң функциясы басқа осындай функцияға қатысты (анықтамалық функциясы деп аталады) егер ол кез-келген оң элементте нөл болса, онда оң функциясы нөл. Бұл Радон Никодим теоремасының коммутативті емес жалпылануына әкеледі. Стандартты ізге қатысты матрицалық алгебралардағы күйлердің әдеттегі тығыздық операторы, егер эталондық функционал ізге таңдалған кезде, РадонНикодим туындысынан басқа ештеңе емес. Белавкин бір толық оң картаның басқа (анықтамалық) картаға қатысты толық абсолютті сабақтастығы туралы түсінікті енгізді және толық оң карталар үшін коммутативті емес Радон Никодим теоремасының операторлық нұсқасын дәлелдеді. Бұл теореманың матрицалық алгебралардағы трациалдық толық оң сілтеме картасына сәйкес келетін ерекше жағдайы Choi операторына стандартты ізге қатысты CP картасының RadonNikodym туындысы ретінде әкеледі (Кой теоремасын қараңыз).
for some of unit norm. So
and we have recovered the GNS representation of states. This is one way to see that completely positive maps, rather than merely positive ones, are the true generalizations of positive functionals. A linear positive functional on a C* algebra is absolutely continuous with respect to another such functional (called a reference functional) if it is zero on any positive element on which the reference positive functional is zero. This leads to a noncommutative generalization of the Radon–Nikodym theorem. The usual density operator of states on the matrix algebras with respect to the standard trace is nothing but the Radon–Nikodym derivative when the reference functional is chosen to be trace. Belavkin introduced the notion of complete absolute continuity of one completely positive map with respect to another (reference) map and proved an operator variant of the noncommutative Radon–Nikodym theorem for completely positive maps. A particular case of this theorem corresponding to a tracial completely positive reference map on the matrix algebras leads to the Choi operator as a Radon–Nikodym derivative of a CP map with respect to the standard trace (see Choi's Theorem).
Наймарктың кеңею теоремасы
Наймарк теоремасы қандай да бір компактті Хаусдорф кеңістігінде әрбір B (((H)) бағаланған, әлсіз саналатын қосымша өлшемді "көтере" алады, сондықтан өлшем спектральдық өлшемге айналады. Оны C ((X) - коммутативті C* алгебрасы және Стинспринг теоремасы деген фактілерді біріктіру арқылы дәлелдеуге болады.
Ш. Нагидің кеңею теоремасы
Бұл нәтиже Хилберт кеңістігіндегі әрбір жиырылудың минималдылық қасиетпен бірлік кеңейуі бар екенін айтады.
Қолдану
Кванттық ақпарат теориясында кванттық арналар немесе кванттық операциялар C* алгебралар арасындағы толық оң карталар ретінде анықталады. Барлық осындай карталар үшін жіктелім болғандықтан, Stinespring теоремасы осы тұрғыда маңызды. Мысалы, теореманың бірегейлік бөлігі кванттық арналардың белгілі бір кластарын жіктеу үшін пайдаланылды. Әр түрлі арналарды салыстыру және олардың өзара адалдықтары мен ақпараттарын есептеу үшін Белавкин енгізген "Радон Никодим" туындылары арқылы арналардың басқа бейнеленуі пайдалы. Шекті өлшемдік жағдайда, Цой теоремасы Белавкиннің Радон Никодим теоремасының трациалдық нұсқасы ретінде толық оң карталар үшін де маңызды. Ф-ның операторлары Ф-ның Краус операторлары деп аталады. Кейде бұл өрнекті Φ операторының жиынтық бейнелеуі деп атайды.
are called the Kraus operators of Φ. The expression
is sometimes called the operator sum representation of Φ.