The concept of steering was introduced by Schrödinger in 1935 as a generalization of the Einstein-Podolsky-Rosen paradox for arbitrary pure bipartite entangled states and arbitrary measurements by one party. Until now, it has never been rigorously defined, so it has not been known (for example) what mixed states are steerable (that is, can be used to exhibit steering). We provide an operational definition, from which we prove (by considering Werner states and isotropic states) that steerable states are a strict subset of the entangled states, and a strict superset of the states that can exhibit Bell nonlocality. For arbitrary bipartite Gaussian states we derive a linear matrix inequality that decides the question of steerability via Gaussian measurements, and we relate this to the original Einstein-Podolsky-Rosen paradox.

We formally link the concept of steering (a concept created by Schr\"odinger but only recently formalized by Wiseman, Jones, and Doherty [Phys. Rev. Lett. 98, 140402 (2007)]) and the criteria for demonstrations of Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) paradox introduced by Reid [Phys. Rev. A 40, 913 (1989)]. We develop a general theory of experimental EPR-steering criteria, derive a number of criteria applicable to discrete as well as continuous-variable observables, and study their efficacy in detecting that form of nonlocality in some classes of quantum states. We show that previous versions of EPR-type criteria can be rederived within this formalism, thus unifying these efforts from a modern quantum-information perspective and clarifying their conceptual and formal origin. The theory follows in close analogy with criteria for other forms of quantum nonlocality (Bell nonlocality and entanglement), and because it is a hybrid of those two, it may lead to insights into the relationship between the different forms of nonlocality and the criteria that are able to detect them.

In a recent work [Phys. Rev. Lett. 98, 140402 (2007)] we defined ``steering,'' a type of quantum nonlocality that is logically distinct from both nonseparability and Bell nonlocality. In the bipartite setting, it hinges on the question of whether Alice can affect Bob's state at a distance through her choice of measurement. More precisely and operationally, it hinges on the question of whether Alice, with classical communication, can convince Bob that they share an entangled state under the circumstances that Bob trusts nothing that Alice says. We argue that if she can, then this demonstrates the nonlocal effect first identified in the famous Einstein-Podolsky-Rosen paper [Phys. Rev. 47, 777 (1935)] as a universal effect for pure entangled states. This ability of Alice to remotely prepare Bob's state was subsequently called steering by Schr\"odinger, whose terminology we adopt. The phenomenon of steering has been largely overlooked, and prior to our work had not even been given a rigorous definition that is applicable to mixed states as well as pure states. Armed with our rigorous definition, we proved that steerable states are a strict subset of the entangled states, and a strict superset of the states that can exhibit Bell nonlocality. In this work we expand on these results and provide further examples of steerable states. We also elaborate on the connection with the original EPR paradox.

Erwin Schrödinger introduced in 1935 the concept of ‘steering’, which generalizes the famed Einstein–Podolsky–Rosen paradox. Steering sits in between quantum entanglement and non-locality — that is, entanglement is necessary for steering, but steering can be achieved, as has now been demonstrated experimentally, with states that cannot violate a Bell inequality (and therefore non-locality). The concept of ‘steering’ was introduced in 1935 by Schrödinger1 as a generalization of the EPR (Einstein–Podolsky–Rosen) paradox. It has recently been formalized as a quantum-information task with arbitrary bipartite states and measurements2, for which the existence of entanglement is necessary but not sufficient. Previous experiments in this area3,4,5,6 have been restricted to an approach7 that followed the original EPR argument in considering only two different measurement settings per side. Here we demonstrate experimentally that EPR-steering occurs for mixed entangled states that are Bell local (that is, that cannot possibly demonstrate Bell non-locality). Unlike the case of Bell inequalities8,9,10,11, increasing the number of measurement settings beyond two—we use up to six—significantly increases the robustness of the EPR-steering phenomenon to noise.