相対エントロピーから情報と物理を組み立てる 第3部 第2章 §3.2.4 ★★★ 相手を周辺の積に取ると量子相互情報量と劣加法性が出る。純粋状態では部分系のエントロピーが等しく、条件付きエントロピーは負になりうる
部分トレースと量子相互情報量
2つの系 A A A 、B B B からなる系の状態 ρ ^ A B \hat\rho_{AB} ρ ^ A B に対し、前の章の部分トレースで ρ ^ A = Tr B ρ ^ A B \hat\rho_A=\operatorname{Tr}_B\hat\rho_{AB} ρ ^ A = Tr B ρ ^ A B 、ρ ^ B = Tr A ρ ^ A B \hat\rho_B=\operatorname{Tr}_A\hat\rho_{AB} ρ ^ B = Tr A ρ ^ A B を作る。部分系のエントロピーを S ( A ) ρ ≔ S ( ρ ^ A ) S(A)_\rho\coloneqq S(\hat\rho_A) S ( A ) ρ : = S ( ρ ^ A ) 、S ( B ) ρ ≔ S ( ρ ^ B ) S(B)_\rho\coloneqq S(\hat\rho_B) S ( B ) ρ : = S ( ρ ^ B ) 、S ( A B ) ρ ≔ S ( ρ ^ A B ) S(AB)_\rho\coloneqq S(\hat\rho_{AB}) S ( A B ) ρ : = S ( ρ ^ A B ) と書き、状態が明らかなときは添字 ρ \rho ρ を省く。
定義 3.2.8(量子相互情報量・条件付きエントロピー)
I ( A ; B ) ρ ≔ S ( A ) + S ( B ) − S ( A B ) , S ( A ∣ B ) ρ ≔ S ( A B ) − S ( B ) . (3.2.20) I(A;B)_\rho\coloneqq S(A)+S(B)-S(AB),\qquad S(A\,|\,B)_\rho\coloneqq S(AB)-S(B).\tag{3.2.20} I ( A ; B ) ρ : = S ( A ) + S ( B ) − S ( A B ) , S ( A ∣ B ) ρ : = S ( A B ) − S ( B ) . ( 3.2.20 )
古典の I ( X ; Y ) = D ( p X Y ∥ p X p Y ) I(X;Y)=D(p_{XY}\,\|\,p_Xp_Y) I ( X ; Y ) = D ( p X Y ∥ p X p Y ) に対応して、次が成り立つ。
定理 3.2.9(相互情報量は相対エントロピー ★★★)
I ( A ; B ) ρ = D ( ρ ^ A B ∥ ρ ^ A ⊗ ρ ^ B ) ≥ 0 , S ( A ∣ B ) ρ = − D ( ρ ^ A B ∥ 1 A ⊗ ρ ^ B ) . (3.2.21) I(A;B)_\rho=D(\hat\rho_{AB}\,\|\,\hat\rho_A\otimes\hat\rho_B)\ge0,\qquad S(A\,|\,B)_\rho=-D(\hat\rho_{AB}\,\|\,\mathbf 1_A\otimes\hat\rho_B).\tag{3.2.21} I ( A ; B ) ρ = D ( ρ ^ A B ∥ ρ ^ A ⊗ ρ ^ B ) ≥ 0 , S ( A ∣ B ) ρ = − D ( ρ ^ A B ∥ 1 A ⊗ ρ ^ B ) . ( 3.2.21 )
特に劣加法性 S ( A B ) ≤ S ( A ) + S ( B ) S(AB)\le S(A)+S(B) S ( A B ) ≤ S ( A ) + S ( B ) が成り立ち、等号は ρ ^ A B = ρ ^ A ⊗ ρ ^ B \hat\rho_{AB}=\hat\rho_A\otimes\hat\rho_B ρ ^ A B = ρ ^ A ⊗ ρ ^ B のときに限る。また S ( A ∣ B ) ≤ ln d A S(A\,|\,B)\le\ln d_A S ( A ∣ B ) ≤ ln d A (d A d_A d A は A A A の次元)。
証明 命題 3.2.5 (b) の証明と同じく ln ( ρ ^ A ⊗ ρ ^ B ) = ln ρ ^ A ⊗ 1 B + 1 A ⊗ ln ρ ^ B \ln(\hat\rho_A\otimes\hat\rho_B)=\ln\hat\rho_A\otimes\mathbf 1_B+\mathbf 1_A\otimes\ln\hat\rho_B ln ( ρ ^ A ⊗ ρ ^ B ) = ln ρ ^ A ⊗ 1 B + 1 A ⊗ ln ρ ^ B 。部分トレースの定義から Tr ρ ^ A B ( ln ρ ^ A ⊗ 1 B ) = Tr ρ ^ A ln ρ ^ A = − S ( A ) \operatorname{Tr}\hat\rho_{AB}(\ln\hat\rho_A\otimes\mathbf 1_B)=\operatorname{Tr}\hat\rho_A\ln\hat\rho_A=-S(A) Tr ρ ^ A B ( ln ρ ^ A ⊗ 1 B ) = Tr ρ ^ A ln ρ ^ A = − S ( A ) 、同様に B B B の項は − S ( B ) -S(B) − S ( B ) 。よってD ( ρ ^ A B ∥ ρ ^ A ⊗ ρ ^ B ) = − S ( A B ) + S ( A ) + S ( B ) D(\hat\rho_{AB}\,\|\,\hat\rho_A\otimes\hat\rho_B)=-S(AB)+S(A)+S(B) D ( ρ ^ A B ∥ ρ ^ A ⊗ ρ ^ B ) = − S ( A B ) + S ( A ) + S ( B ) 。非負性と等号条件は Klein の不等式から従う。1 A ⊗ ρ ^ B \mathbf 1_A\otimes\hat\rho_B 1 A ⊗ ρ ^ B についても同じ計算で D = − S ( A B ) + S ( B ) = − S ( A ∣ B ) D=-S(AB)+S(B)=-S(A\,|\,B) D = − S ( A B ) + S ( B ) = − S ( A ∣ B ) 。Tr ( 1 A ⊗ ρ ^ B ) = d A \operatorname{Tr}(\mathbf 1_A\otimes\hat\rho_B)=d_A Tr ( 1 A ⊗ ρ ^ B ) = d A なので、式 (3.2.13) から− S ( A ∣ B ) ≥ − ln d A -S(A\,|\,B)\ge-\ln d_A − S ( A ∣ B ) ≥ − ln d A 。
古典の条件付きエントロピーは H ( X ∣ Y ) ≥ 0 H(X\,|\,Y)\ge0 H ( X ∣ Y ) ≥ 0 だった。量子の S ( A ∣ B ) S(A\,|\,B) S ( A ∣ B ) は式 (3.2.21) で D D D の符号を反転させたものだが、比べる相手 1 A ⊗ ρ ^ B \mathbf 1_A\otimes\hat\rho_B 1 A ⊗ ρ ^ B のトレースが d A d_A d A で 1 1 1 でないので、Klein の不等式からは上限 ln d A \ln d_A ln d A しか出ず、0 0 0 以上であることは出てこない。実際、次に見るように S ( A ∣ B ) S(A\,|\,B) S ( A ∣ B ) は負になりうる。
Schmidt 分解と純粋状態の部分系
補題 3.2.10(Schmidt 分解)
A B A B A B の純粋状態 ∣ Ψ ⟩ | \Psi \rangle ∣Ψ ⟩ は、A A A の正規直交系 { ∣ u k ⟩ } \{| u_k \rangle \} { ∣ u k ⟩} と B B B の正規直交系 { ∣ v k ⟩ } \{| v_k \rangle \} { ∣ v k ⟩} 、正の数 λ k \lambda_k λ k (∑ k λ k = 1 \sum_k\lambda_k=1 ∑ k λ k = 1 )を使って
∣ Ψ ⟩ = ∑ k λ k ∣ u k ⟩ ⊗ ∣ v k ⟩ (3.2.22) | \Psi \rangle =\sum_k\sqrt{\lambda_k}\,| u_k \rangle \otimes| v_k \rangle\tag{3.2.22} ∣Ψ ⟩ = k ∑ λ k ∣ u k ⟩ ⊗ ∣ v k ⟩ ( 3.2.22 )
と書くことができる。このとき ρ ^ A = ∑ k λ k ∣ u k ⟩ ⟨ u k ∣ \hat\rho_A=\sum_k\lambda_k| u_k \rangle \langle u_k | ρ ^ A = ∑ k λ k ∣ u k ⟩ ⟨ u k ∣ 、ρ ^ B = ∑ k λ k ∣ v k ⟩ ⟨ v k ∣ \hat\rho_B=\sum_k\lambda_k| v_k \rangle \langle v_k | ρ ^ B = ∑ k λ k ∣ v k ⟩ ⟨ v k ∣ で、S ( A ) = S ( B ) S(A)=S(B) S ( A ) = S ( B ) である。
証明 基底で ∣ Ψ ⟩ = ∑ a , b c a b ∣ a ⟩ ∣ b ⟩ | \Psi \rangle =\sum_{a,b}c_{ab}| a \rangle | b \rangle ∣Ψ ⟩ = ∑ a , b c ab ∣ a ⟩ ∣ b ⟩ と展開し、係数の行列 c c c を特異値分解 c = ∑ k λ k u ( k ) v ( k ) T c=\sum_k\sqrt{\lambda_k}\,u^{(k)}v^{(k)\mathsf T} c = ∑ k λ k u ( k ) v ( k ) T (u ( k ) u^{(k)} u ( k ) 、v ( k ) v^{(k)} v ( k ) は正規直交な列ベクトル)すると式 (3.2.22) を得る。∑ k λ k = ⟨ Ψ ∣ Ψ ⟩ = 1 \sum_k\lambda_k=\langle \Psi | \Psi \rangle =1 ∑ k λ k = ⟨ Ψ∣Ψ ⟩ = 1 。Tr B \operatorname{Tr}_B Tr B をとると ⟨ v k ∣ v l ⟩ = δ k l \langle v_k | v_l \rangle =\delta_{kl} ⟨ v k ∣ v l ⟩ = δ k l から ρ ^ A \hat\rho_A ρ ^ A の形が出て、ρ ^ B \hat\rho_B ρ ^ B も同様である。2つは同じ固有値 λ k \lambda_k λ k を持つので、エントロピーが等しい。
Schmidt 分解はエンタングルメントを測る基本の道具で、第3部第4章(第3部第4章 )で詳しく使う。
純粋状態 ∣ Ψ ⟩ | \Psi \rangle ∣Ψ ⟩ では S ( A B ) = 0 S(AB)=0 S ( A B ) = 0 なので、I ( A ; B ) = 2 S ( A ) I(A;B)=2S(A) I ( A ; B ) = 2 S ( A ) 、S ( A ∣ B ) = − S ( B ) = − S ( A ) S(A\,|\,B)=-S(B)=-S(A) S ( A ∣ B ) = − S ( B ) = − S ( A ) になる。∣ Ψ ⟩ | \Psi \rangle ∣Ψ ⟩ がもつれていれば(積状態でなければ)λ k \lambda_k λ k が2つ以上あってS ( A ) > 0 S(A)>0 S ( A ) > 0 なので、条件付きエントロピーは負である。古典の系では、全体の驚きが部分の驚きより小さくなることはない(H ( X , Y ) ≥ H ( Y ) H(X,Y)\ge H(Y) H ( X , Y ) ≥ H ( Y ) )。量子の系では、全体が純粋状態で驚きが 0 0 0 なのに、部分だけを見ると混合状態になり驚きが生じる。S ( A ∣ B ) < 0 S(A\,|\,B)<0 S ( A ∣ B ) < 0 はこのことの式の上での表れで、もつれの1つの目印になる。
Araki–Lieb の不等式
定理 3.2.11(Araki–Lieb の不等式 ★★)
∣ S ( A ) − S ( B ) ∣ ≤ S ( A B ) \lvert S(A)-S(B)\rvert \le S(AB) ∣ S ( A ) − S ( B )∣ ≤ S ( A B ) 。したがって − ln d A ≤ S ( A ∣ B ) ≤ ln d A -\ln d_A\le S(A\,|\,B)\le\ln d_A − ln d A ≤ S ( A ∣ B ) ≤ ln d A 、I ( A ; B ) ≤ 2 min { S ( A ) , S ( B ) } I(A;B)\le2\min\{S(A),S(B)\} I ( A ; B ) ≤ 2 min { S ( A ) , S ( B )} 。
証明 ρ ^ A B = ∑ i μ i ∣ w i ⟩ ⟨ w i ∣ \hat\rho_{AB}=\sum_i\mu_i| w_i \rangle \langle w_i | ρ ^ A B = ∑ i μ i ∣ w i ⟩ ⟨ w i ∣ と固有値分解し、補助の系 C C C の正規直交基底 ∣ i ⟩ | i \rangle ∣ i ⟩ を使って ∣ Ψ ⟩ A B C = ∑ i μ i ∣ w i ⟩ ∣ i ⟩ | \Psi \rangle _{ABC}=\sum_i\sqrt{\mu_i}| w_i \rangle | i \rangle ∣Ψ ⟩ A B C = ∑ i μ i ∣ w i ⟩ ∣ i ⟩ を作る。これは Tr C ∣ Ψ ⟩ ⟨ Ψ ∣ = ρ ^ A B \operatorname{Tr}_C| \Psi \rangle \langle \Psi |=\hat\rho_{AB} Tr C ∣Ψ ⟩ ⟨ Ψ∣ = ρ ^ A B を満たす純粋状態(純粋化 )である。補題 3.2.10 を ( A B ∣ C ) (AB|C) ( A B ∣ C ) 、( A ∣ B C ) (A|BC) ( A ∣ B C ) 、( B ∣ A C ) (B|AC) ( B ∣ A C ) の分け方に当てるとS ( C ) = S ( A B ) S(C)=S(AB) S ( C ) = S ( A B ) 、S ( B C ) = S ( A ) S(BC)=S(A) S ( B C ) = S ( A ) 、S ( A C ) = S ( B ) S(AC)=S(B) S ( A C ) = S ( B ) 。B C BC B C に劣加法性を当てて S ( A ) = S ( B C ) ≤ S ( B ) + S ( C ) = S ( B ) + S ( A B ) S(A)=S(BC)\le S(B)+S(C)=S(B)+S(AB) S ( A ) = S ( B C ) ≤ S ( B ) + S ( C ) = S ( B ) + S ( A B ) 。A A A と B B B を入れ替えると S ( B ) − S ( A ) ≤ S ( A B ) S(B)-S(A)\le S(AB) S ( B ) − S ( A ) ≤ S ( A B ) 。
S ( A ∣ B ) = S ( A B ) − S ( B ) ≥ − S ( A ) ≥ − ln d A S(A\,|\,B)=S(AB)-S(B)\ge-S(A)\ge-\ln d_A S ( A ∣ B ) = S ( A B ) − S ( B ) ≥ − S ( A ) ≥ − ln d A 。I ( A ; B ) = S ( A ) + S ( B ) − S ( A B ) ≤ S ( A ) + S ( B ) − ∣ S ( A ) − S ( B ) ∣ = 2 min { S ( A ) , S ( B ) } I(A;B)=S(A)+S(B)-S(AB)\le S(A)+S(B)-\lvert S(A)-S(B)\rvert =2\min\{S(A),S(B)\} I ( A ; B ) = S ( A ) + S ( B ) − S ( A B ) ≤ S ( A ) + S ( B ) − ∣ S ( A ) − S ( B )∣ = 2 min { S ( A ) , S ( B )} 。
古典では I ( X ; Y ) ≤ min { H ( X ) , H ( Y ) } I(X;Y)\le\min\{H(X),H(Y)\} I ( X ; Y ) ≤ min { H ( X ) , H ( Y )} だった。量子の相互情報量はその2倍まで大きくなれる。上限 2 ln d 2\ln d 2 ln d に達するのは最大にもつれた純粋状態である。この不等式は H. Araki と E. H. Lieb が示した1 1 H. Araki and E. H. Lieb (1970), Communications in Mathematical Physics 18 , 160–170。 。
例題 3.2.4 Bell 状態と古典的に相関した状態 ★★★
オリジナル 2つの量子ビットの状態
∣ Φ + ⟩ = 1 2 ( ∣ 00 ⟩ + ∣ 11 ⟩ ) , ρ ^ c l = 1 2 ( ∣ 00 ⟩ ⟨ 00 ∣ + ∣ 11 ⟩ ⟨ 11 ∣ ) | \Phi^+ \rangle =\frac{1}{\sqrt2}(| 00 \rangle +| 11 \rangle ),\qquad \hat\rho_{\mathrm{cl}}=\frac12\bigl(| 00 \rangle \langle 00 |+| 11 \rangle \langle 11 |\bigr) ∣ Φ + ⟩ = 2 1 ( ∣00 ⟩ + ∣11 ⟩) , ρ ^ cl = 2 1 ( ∣00 ⟩ ⟨ 00∣ + ∣11 ⟩ ⟨ 11∣ )
を比べる。
どちらも ρ ^ A = ρ ^ B = 1 / 2 \hat\rho_A=\hat\rho_B=\mathbf 1/2 ρ ^ A = ρ ^ B = 1 /2 であることを示せ。
それぞれの S ( A B ) S(AB) S ( A B ) 、I ( A ; B ) I(A;B) I ( A ; B ) 、S ( A ∣ B ) S(A\,|\,B) S ( A ∣ B ) を求めよ。
ρ ^ c l = Δ B ( ∣ Φ + ⟩ ⟨ Φ + ∣ ) \hat\rho_{\mathrm{cl}}=\Delta_{\mathcal B}(| \Phi^+ \rangle \langle \Phi^+ |) ρ ^ cl = Δ B ( ∣ Φ + ⟩ ⟨ Φ + ∣ ) (B \mathcal B B は計算基底 { ∣ 00 ⟩ , ∣ 01 ⟩ , ∣ 10 ⟩ , ∣ 11 ⟩ } \{| 00 \rangle ,| 01 \rangle ,| 10 \rangle ,| 11 \rangle \} { ∣00 ⟩ , ∣01 ⟩ , ∣10 ⟩ , ∣11 ⟩} )であることを確かめ、命題 3.2.6 で S ( A B ) S(AB) S ( A B ) の差を説明せよ。
解答 (1) ∣ Φ + ⟩ | \Phi^+ \rangle ∣ Φ + ⟩ は Schmidt 分解の形で λ 1 = λ 2 = 1 / 2 \lambda_1=\lambda_2=1/2 λ 1 = λ 2 = 1/2 なので、補題 3.2.10 から ρ ^ A = ρ ^ B = 1 2 ( ∣ 0 ⟩ ⟨ 0 ∣ + ∣ 1 ⟩ ⟨ 1 ∣ ) = 1 / 2 \hat\rho_A=\hat\rho_B=\frac12(| 0 \rangle \langle 0 |+| 1 \rangle \langle 1 |)=\mathbf 1/2 ρ ^ A = ρ ^ B = 2 1 ( ∣0 ⟩ ⟨ 0∣ + ∣1 ⟩ ⟨ 1∣ ) = 1 /2 。ρ ^ c l \hat\rho_{\mathrm{cl}} ρ ^ cl は Tr B \operatorname{Tr}_B Tr B をとると 1 2 ( ∣ 0 ⟩ ⟨ 0 ∣ + ∣ 1 ⟩ ⟨ 1 ∣ ) \frac12(| 0 \rangle \langle 0 |+| 1 \rangle \langle 1 |) 2 1 ( ∣0 ⟩ ⟨ 0∣ + ∣1 ⟩ ⟨ 1∣ ) で同じである。
(2) ∣ Φ + ⟩ | \Phi^+ \rangle ∣ Φ + ⟩ :S ( A B ) = 0 S(AB)=0 S ( A B ) = 0 、S ( A ) = S ( B ) = ln 2 S(A)=S(B)=\ln2 S ( A ) = S ( B ) = ln 2 から I ( A ; B ) = 2 ln 2 = 1.3863 I(A;B)=2\ln2=1.3863 I ( A ; B ) = 2 ln 2 = 1.3863 nat、S ( A ∣ B ) = − ln 2 = − 0.6931 S(A\,|\,B)=-\ln2=-0.6931 S ( A ∣ B ) = − ln 2 = − 0.6931 nat。ρ ^ c l \hat\rho_{\mathrm{cl}} ρ ^ cl :固有値 ( 1 / 2 , 1 / 2 , 0 , 0 ) (1/2,1/2,0,0) ( 1/2 , 1/2 , 0 , 0 ) で S ( A B ) = ln 2 S(AB)=\ln2 S ( A B ) = ln 2 、I ( A ; B ) = ln 2 I(A;B)=\ln2 I ( A ; B ) = ln 2 、S ( A ∣ B ) = 0 S(A\,|\,B)=0 S ( A ∣ B ) = 0 。相互情報量は Bell 状態の方が2倍大きく、Araki–Lieb の上限 2 min { S ( A ) , S ( B ) } = 2 ln 2 2\min\{S(A),S(B)\}=2\ln2 2 min { S ( A ) , S ( B )} = 2 ln 2 に達している。条件付きエントロピーは Bell 状態だけが負である。
(3) ∣ Φ + ⟩ ⟨ Φ + ∣ = 1 2 ( ∣ 00 ⟩ ⟨ 00 ∣ + ∣ 00 ⟩ ⟨ 11 ∣ + ∣ 11 ⟩ ⟨ 00 ∣ + ∣ 11 ⟩ ⟨ 11 ∣ ) | \Phi^+ \rangle \langle \Phi^+ |=\frac12(| 00 \rangle \langle 00 |+| 00 \rangle \langle 11 |+| 11 \rangle \langle 00 |+| 11 \rangle \langle 11 |) ∣ Φ + ⟩ ⟨ Φ + ∣ = 2 1 ( ∣00 ⟩ ⟨ 00∣ + ∣00 ⟩ ⟨ 11∣ + ∣11 ⟩ ⟨ 00∣ + ∣11 ⟩ ⟨ 11∣ ) で、計算基底の非対角成分を落とすと ρ ^ c l \hat\rho_{\mathrm{cl}} ρ ^ cl になる。命題 3.2.6 から S ( ρ ^ c l ) − S ( ∣ Φ + ⟩ ⟨ Φ + ∣ ) = D ( ∣ Φ + ⟩ ⟨ Φ + ∣ ∥ ρ ^ c l ) = ln 2 S(\hat\rho_{\mathrm{cl}})-S(| \Phi^+ \rangle \langle \Phi^+ |)=D(| \Phi^+ \rangle \langle \Phi^+ |\,\|\,\hat\rho_{\mathrm{cl}})=\ln2 S ( ρ ^ cl ) − S ( ∣ Φ + ⟩ ⟨ Φ + ∣ ) = D ( ∣ Φ + ⟩ ⟨ Φ + ∣ ∥ ρ ^ cl ) = ln 2 。2つの状態の違いは ∣ 00 ⟩ | 00 \rangle ∣00 ⟩ と ∣ 11 ⟩ | 11 \rangle ∣11 ⟩ の間のコヒーレンスだけで、その量が ln 2 \ln2 ln 2 であり、それがそのまま S ( A B ) S(AB) S ( A B ) 、I ( A ; B ) I(A;B) I ( A ; B ) 、S ( A ∣ B ) S(A\,|\,B) S ( A ∣ B ) の差になっている。
∣ Φ + ⟩ | \Phi^+ \rangle ∣ Φ + ⟩ に完全に混ざった状態を混ぜた ρ ^ p = p ∣ Φ + ⟩ ⟨ Φ + ∣ + ( 1 − p ) 1 / 4 \hat\rho_p=p| \Phi^+ \rangle \langle \Phi^+ |+(1-p)\mathbf 1/4 ρ ^ p = p ∣ Φ + ⟩ ⟨ Φ + ∣ + ( 1 − p ) 1 /4 (Werner 状態)では、固有値は ( 1 + 3 p ) / 4 (1+3p)/4 ( 1 + 3 p ) /4 が1つと ( 1 − p ) / 4 (1-p)/4 ( 1 − p ) /4 が3つで、ρ ^ A = ρ ^ B = 1 / 2 \hat\rho_A=\hat\rho_B=\mathbf 1/2 ρ ^ A = ρ ^ B = 1 /2 は p p p によらない。図 3.2.2 のように、S ( A ∣ B ) S(A\,|\,B) S ( A ∣ B ) は p ≈ 0.748 p\approx0.748 p ≈ 0.748 で符号を変える。この状態がもつれているのは p > 1 / 3 p>1/3 p > 1/3 のときであることが第3部第4章で分かるので、S ( A ∣ B ) < 0 S(A\,|\,B)<0 S ( A ∣ B ) < 0 はもつれの十分条件ではあるが必要条件ではない。
図 3.2.2 Werner 状態 ρ ^ p \hat\rho_p ρ ^ p のエントロピー(すべて厳密な値)。S ( A ) = S ( B ) = ln 2 S(A)=S(B)=\ln2 S ( A ) = S ( B ) = ln 2 は p p p によらないので、S ( A ∣ B ) = S ( A B ) − ln 2 S(A\,|\,B)=S(AB)-\ln2 S ( A ∣ B ) = S ( A B ) − ln 2 、I ( A ; B ) = 2 ln 2 − S ( A B ) I(A;B)=2\ln2-S(AB) I ( A ; B ) = 2 ln 2 − S ( A B ) になる。S ( A ∣ B ) S(A\,|\,B) S ( A ∣ B ) は p = 0.748 p=0.748 p = 0.748 より上で負
1 H. Araki and E. H. Lieb (1970), Communications in Mathematical Physics 18 , 160–170。
AI(Claude)が書いた教材を、木下が勉強しながら公開しています。式と数値は検算していますが、誤りが残っているかもしれません。誤りのご指摘・削除のご依頼をいただければ直します。 連絡先:support@tecktom.com