論文の概要: Dependence of integrated, instantaneous, and fluctuating entropy
production on the initial state in quantum and classical processes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.05734v4
- Date: Mon, 6 Jun 2022 02:08:22 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-08 15:43:00.625257
- Title: Dependence of integrated, instantaneous, and fluctuating entropy
production on the initial state in quantum and classical processes
- Title（参考訳）: 量子および古典過程の初期状態における統合的、即時、変動的エントロピー生成の依存性
- Authors: Artemy Kolchinsky, David H. Wolpert
- Abstract要約: 我々は、ある初期状態$rho$における固定量子過程または古典過程によって生じる追加エントロピー生成(EP)を考える。
この追加のEPは、"mismatch cost of $rho$"(mismatch cost of $rho$)と呼ばれ、普遍的な情報理論形式を持つことを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.5454615592832917
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We consider the additional entropy production (EP) incurred by a fixed
quantum or classical process on some initial state $\rho$, above the minimum EP
incurred by the same process on any initial state. We show that this additional
EP, which we term the "mismatch cost of $\rho$", has a universal
information-theoretic form: it is given by the contraction of the relative
entropy between $\rho$ and the least-dissipative initial state $\varphi$ over
time. We derive versions of this result for integrated EP incurred over the
course of a process, for trajectory-level fluctuating EP, and for instantaneous
EP rate. We also show that mismatch cost for fluctuating EP obeys an integral
fluctuation theorem. Our results demonstrate a fundamental relationship between
"thermodynamic irreversibility" (generation of EP) and "logical
irreversibility" (inability to know the initial state corresponding to a given
final state). We use this relationship to derive quantitative bounds on the
thermodynamics of quantum error correction and to propose a
thermodynamically-operationalized measure of the logical irreversibility of a
quantum channel. Our results hold for both finite and infinite dimensional
systems, and generalize beyond EP to many other thermodynamic costs, including
nonadiabatic EP, free energy loss, and entropy gain.
- Abstract（参考訳）: 我々は、ある初期状態$\rho$における固定量子過程または古典的過程によって引き起こされる追加エントロピー生成(EP)を、任意の初期状態において同じプロセスによって引き起こされる最小のEPより上位に考える。
この追加のepは「$\rho$ のミスマッチコスト」と呼ばれ、普遍的な情報理論的な形式を持つ:それは、相対エントロピーが $\rho$ と最小散逸初期状態 $\varphi$ の間の縮約によって与えられる。
本研究は, プロセス中に発生する統合EP, 軌道レベルの変動EP, 即時EPレートについて, この結果のバージョンを導出する。
また、EPのゆらぎに対するミスマッチコストは積分揺らぎ定理に従うことを示した。
その結果,「熱力学的不可逆性」(EPの生成)と「論理的不可逆性」(与えられた最終状態に対応する初期状態を知ることができない)の基本的な関係が示された。
この関係は、量子誤差補正の熱力学の量的境界を導出し、量子チャネルの論理的可逆性に関する熱力学的に操作された測度を提案するために用いられる。
我々の結果は有限次元系と無限次元系の両方に留まり、非断熱EP、自由エネルギー損失、エントロピーゲインを含む多くの熱力学的コストにEPを超えて一般化する。
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