Quantum steering captures the ability of one party, Alice, to control through quantum correlations the state at a distant location, Bob, with superior ability than allowed by a local hidden state model. Verifying the presence of quantum steering has implications for the operation of quantum communication with limited trust, and its connection to the metrological power of the quantum state has been recently proved. This link is established by means of the violation of a Cramér–Rao bound holding for non-steerable states: its direct assessment would then require operation in the asymptotic regime of a large number of repetitions. Here, we build on previous work to account explicitly for the use of a limited number of resources and put this modified approach to test in a quantum optics experiment. The imperfections in the apparatus demand an adaptation of the original test in the multiparameter setting. Our results provide guidelines to apply such a metrological approach to the validation of quantum channels.

1.
C.
Portmann
and
R.
Renner
,
Rev. Mod. Phys.
94
,
025008
(
2022
).
2.
V.
Giovannetti
,
S.
Lloyd
, and
L.
Maccone
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
010401
(
2006
).
3.
C.
Branciard
,
E. G.
Cavalcanti
,
S. P.
Walborn
,
V.
Scarani
, and
H. M.
Wiseman
,
Phys. Rev. A
85
,
010301
(
2012
).
4.
U.
Vazirani
and
T.
Vidick
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
140501
(
2014
).
5.
H. M.
Wiseman
,
S. J.
Jones
, and
A. C.
Doherty
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
140402
(
2007
).
6.
R.
Uola
,
A. C. S.
Costa
,
H. C.
Nguyen
, and
O.
Gühne
,
Rev. Mod. Phys.
92
,
015001
(
2020
).
7.
Y.
Xiang
,
S.
Cheng
,
Q.
Gong
,
Z.
Ficek
, and
Q.
He
,
PRX Quantum
3
,
030102
(
2022
).
8.
D. J.
Saunders
,
S. J.
Jones
,
H. M.
Wiseman
, and
G. J.
Pryde
,
Nat. Phys.
6
,
845
(
2010
).
9.
A. J.
Bennet
,
D. A.
Evans
,
D. J.
Saunders
,
C.
Branciard
,
E. G.
Cavalcanti
,
H. M.
Wiseman
, and
G. J.
Pryde
,
Phys. Rev.
X 2
,
031003
(
2012
).
10.
V.
Händchen
,
T.
Eberle
,
S.
Steinlechner
,
A.
Samblowski
,
T.
Franz
,
R. F.
Werner
, and
R.
Schnabel
,
Nat. Photonics
6
,
596
(
2012
).
11.
D. H.
Smith
,
G.
Gillett
,
M. P.
de Almeida
,
C.
Branciard
,
A.
Fedrizzi
,
T. J.
Weinhold
,
A.
Lita
,
B.
Calkins
,
T.
Gerrits
et al,
Nat. Commun.
3
,
625
(
2012
).
12.
B.
Wittmann
,
S.
Ramelow
,
F.
Steinlechner
,
N. K.
Langford
,
N.
Brunner
,
H. M.
Wiseman
,
R.
Ursin
, and
A.
Zeilinger
,
New J. Phys.
14
,
053030
(
2012
).
13.
D.
Cavalcanti
,
P.
Skrzypczyk
,
G. H.
Aguilar
,
R. V.
Nery
,
P. H. S.
Ribeiro
, and
S. P.
Walborn
,
Nat. Commun.
6
,
7941
(
2015
).
14.
S.
Kocsis
,
M. J. W.
Hall
,
A. J.
Bennet
,
D. J.
Saunders
, and
G. J.
Pryde
,
Nat. Commun.
6
,
5886
(
2015
).
15.
K.
Sun
,
X.-J.
Ye
,
J.-S.
Xu
,
X.-Y.
Xu
,
J.-S.
Tang
,
Y.-C.
Wu
,
J.-L.
Chen
,
C.-F.
Li
, and
G.-C.
Guo
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
160404
(
2016
).
16.
M. M.
Weston
,
S.
Slussarenko
,
H. M.
Chrzanowski
,
S.
Wollmann
,
L. K.
Shalm
,
V. B.
Verma
,
M. S.
Allman
,
S. W.
Nam
, and
G. J.
Pryde
,
Sci. Adv.
4
,
e1701230
(
2018
).
17.
N.
Tischler
,
F.
Ghafari
,
T. J.
Baker
,
S.
Slussarenko
,
R. B.
Patel
,
M. M.
Weston
,
S.
Wollmann
,
L. K.
Shalm
,
V. B.
Verma
et al,
Phys. Rev. Lett.
121
,
100401
(
2018
).
18.
Y.-Y.
Zhao
,
H.-Y.
Ku
,
S.-L.
Chen
,
H.-B.
Chen
,
F.
Nori
,
G.-Y.
Xiang
,
C.-F.
Li
,
G.-C.
Guo
, and
Y.-N.
Chen
,
npj Quantum Inf.
6
,
77
(
2020
).
19.
S. J.
Jones
,
H. M.
Wiseman
, and
A. C.
Doherty
,
Phys. Rev. A
76
,
052116
(
2007
).
20.
R.
Uola
,
C.
Budroni
,
O.
Gühne
, and
J.-P.
Pellonpää
,
Phys. Rev. Lett.
115
,
230402
(
2015
).
21.
M. F.
Pusey
,
J. Opt. Soc. Am. B
32
,
A56
(
2015
).
22.
H.-Y.
Ku
,
J.
Kadlec
,
A.
Černoch
,
M. T.
Quintino
,
W.
Zhou
,
K.
Lemr
,
N.
Lambert
,
A.
Miranowicz
,
S.-L.
Chen
et al,
PRX Quantum
3
,
020338
(
2022
).
23.
B.
Yadin
,
M.
Fadel
, and
M.
Gessner
,
Nat. Commun.
12
,
2410
(
2021
).
24.
Z.
Huang
,
C.
Macchiavello
, and
L.
Maccone
,
Phys. Rev. A
99
,
022314
(
2019
).
25.
N.
Shettell
,
E.
Kashefi
, and
D.
Markham
,
Phys. Rev. A
105
,
L010401
(
2022
).
26.
K.-Y.
Lee
,
J.-D.
Lin
,
A.
Miranowicz
,
F.
Nori
,
H.-Y.
Ku
, and
Y.-N.
Chen
,
Phys. Rev. Res.
5
,
013103
(
2023
).
27.
I.
Gianani
,
V.
Berardi
, and
M.
Barbieri
,
Phys. Rev. A
105
,
022421
(
2022
).
28.
I.
Gianani
,
M. G.
Genoni
, and
M.
Barbieri
,
IEEE J. Select. Top. Quantum Electron.
26
,
6500207
(
2020
).
29.
A.
Leverrier
,
F.
Grosshans
, and
P.
Grangier
,
Phys. Rev. A
81
,
062343
(
2010
).
30.
P. J.
Coles
,
E. M.
Metodiev
, and
N.
Lütkenhaus
,
Nat. Commun.
7
,
11712
(
2016
).
31.
D.
Bunandar
,
L. C. G.
Govia
,
H.
Krovi
, and
D.
Englund
,
npj Quantum Inf.
6
,
104
(
2020
).
32.
P.
Cieśliński
,
J.
Dziewior
,
L.
Knips
,
W.
Kłobus
,
J.
Meinecke
,
T.
Paterek
,
H.
Weinfurter
, and
W.
Laskowski
,
npj Quantum Inf.
10
,
14
(
2024
).
33.
M. D.
Reid
,
Phys. Rev. A
40
,
913
(
1989
).
34.
E. G.
Cavalcanti
,
S. J.
Jones
,
H. M.
Wiseman
, and
M. D.
Reid
,
Phys. Rev. A
80
,
032112
(
2009
).
35.
V.
Giovannetti
,
S.
Lloyd
, and
L.
Maccone
,
Science
306
,
1330
(
2004
).
36.
J.
Suzuki
,
J. Phys. A
53
,
264001
(
2020
).
37.
T.
Tanaka
,
S.
Uno
,
T.
Onodera
,
N.
Yamamoto
, and
Y.
Suzuki
,
Phys. Rev. A
105
,
012411
(
2022
).
38.
M. G. A.
Paris
,
Int. J. Quantum Inform.
7
,
125
(
2009
).
39.
R. D.
Gill
and
B. Y.
Levit
,
Bernoulli
1
,
59
(
1995
).
40.
V.
Cimini
,
S.
Gherardini
,
M.
Barbieri
,
I.
Gianani
,
M.
Sbroscia
,
L.
Buffoni
,
M.
Paternostro
, and
F.
Caruso
,
npj Quantum Inf.
6
,
96
(
2020
).
41.
R.
Okamoto
,
H. F.
Hofmann
,
S.
Takeuchi
, and
K.
Sasaki
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
210506
(
2005
).
42.
E.
Roccia
,
V.
Cimini
,
M.
Sbroscia
,
I.
Gianani
,
L.
Ruggiero
,
L.
Mancino
,
M. G.
Genoni
,
M. A.
Ricci
, and
M.
Barbieri
,
Optica
5
,
1171
(
2018
).
43.
D.
Brivio
,
S.
Cialdi
,
S.
Vezzoli
,
B. T.
Gebrehiwot
,
M. G.
Genoni
,
S.
Olivares
, and
M. G. A.
Paris
,
Phys. Rev. A
81
,
012305
(
2010
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.