Extreme Observables and Optimal Measurements in Quantum Theory

Optimization of quantum measurement processes has a pivotal role in carrying out better, more accurate or less disrupting, measurements and experiments on a quantum system. Especially, convex optimization, i.e., identifying the extreme points of the convex sets and subsets of quantum measuring devices plays an important part in quantum optimization since the typical figures of merit for measuring processes are affine functionals. In this thesis, we discuss results determining the extreme quantum devices and their relevance, e.g., in quantum-compatibility-related questions. Especially, we see that a compatible device pair where one device is extreme can be joined into a single apparatus essentially in a unique way. Moreover, we show that the question whether a pair of quantum observables can be measured jointly can often be formulated in a weaker form when some of the observables involved are extreme. Another major line of research treated in this thesis deals with convex analysis of special restricted quantum device sets, covariance structures or, in particular, generalized imprimitivity systems. Some results on the structure ofcovariant observables and instruments are listed as well as results identifying the extreme points of covariance structures in quantum theory. As a special case study, not published anywhere before, we study the structure of Euclidean-covariant localization observables for spin-0-particles. We also discuss the general form of Weyl-covariant phase-space instruments. Finally, certain optimality measures originating from convex geometry are introduced for quantum devices, namely, boundariness measuring how ‘close’ to the algebraic boundary of the device set a quantum apparatus is and the robustness of incompatibility quantifying the level of incompatibility for a quantum device pair by measuring the highest amount of noise the pair tolerates without becoming compatible. Boundariness is further associated to minimum-error discrimination of quantum devices, and robustness of incompatibility is shown to behave monotonically under certain compatibility-non-decreasing operations. Moreover, the value of robustness of incompatibility is given for a few special device pairs.

Reengineering and modelling of a product certification process

Työn teoriaosuudessa tutkittiin prosessien uudelleen suunnittelua, prosessien mallintamista sekä prosessimittariston rakentamista. Työn tavoitteena oli uudelleen suunnitella organisaation sertifiointiprosessi. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi piti mallintaa nykyinen ja uusi prosessi sekä rakentaa mittaristo, joka antaisi organisaatiolle arvokasta tietoa siitä, kuinka tehokkaasti uusi prosessi toimii. Työ suoritettiin osallistuvana toimintatutkimuksena. Diplomityön tekijä oli toiminut kohdeorganisaatiossa työntekijänä jo useita vuosia ja pystyi näinollen hyödyntämään omaa tietämystään sekä nykyisen prosessin mallintamisessa, että uuden prosessin suunnittelussa. Työn tuloksena syntyi uusi sertifiointiprosessi, joka on karsitumpi ja tehokkaampi kuin edeltäjänsä. Uusi mittaristojärjestelmä rakennettiin, jota organisaation johto kykenisi seuraamaan prosessin sidosryhmien tehokkuutta sekä tuotteiden laadun kehitystä. Sivutuotteena organisaatio sai käyttöönsä yksityiskohtaiset prosessikuvaukset, joita voidaan hyödyntää koulutusmateriaalina uutta henkilöstöä rekrytoitaessa sekä informatiivisena työkaluna esiteltäessä prosessia virallisille sertifiointitahoille.