論文の概要: Fluctuation-dissipation relations for thermodynamic distillation processes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2105.11759v3
• Date: Tue, 2 Aug 2022 16:58:50 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-29 20:58:16.631952
• Title: Fluctuation-dissipation relations for thermodynamic distillation processes
• Title（参考訳）: 熱力学蒸留過程におけるゆらぎ散逸関係
• Authors: Tanmoy Biswas, A. de Oliveira Junior, Micha{\l} Horodecki, Kamil Korzekwa
• Abstract要約: ゆらぎ散逸定理は統計物理学の基本的な結果である。 まず, 最適熱力学蒸留法について述べる。 そして、そのようなプロセスで放出される自由エネルギー量と、システムの初期状態の自由エネルギー変動との関係を証明した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.10427337206896375
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The fluctuation-dissipation theorem is a fundamental result in statistical physics that establishes a connection between the response of a system subject to a perturbation and the fluctuations associated with observables in equilibrium. Here we derive its version within a resource-theoretic framework, where one investigates optimal quantum state transitions under thermodynamic constraints. More precisely, we first characterise optimal thermodynamic distillation processes, and then prove a relation between the amount of free energy dissipated in such processes and the free energy fluctuations of the initial state of the system. Our results apply to initial states given by either asymptotically many identical pure systems or arbitrary number of independent energy-incoherent systems, and allow not only for a state transformation, but also for the change of Hamiltonian. The fluctuation-dissipation relations we derive enable us to find the optimal performance of thermodynamic protocols such as work extraction, information erasure and thermodynamically-free communication, up to second-order asymptotics in the number $N$ of processed systems. We thus provide a first rigorous analysis of these thermodynamic protocols for quantum states with coherence between different energy eigenstates in the intermediate regime of large but finite $N$.
• Abstract（参考訳）: ゆらぎ散逸定理(ゆらぎ散逸定理、英: fluctuation-dissipation theorem)は、摂動対象の系の応答と平衡の可観測性に関連するゆらぎとの間の関係を確立する統計物理学の基本的な結果である。 ここでは,熱力学的制約下での最適量子状態遷移を考察する資源理論の枠組みからそのバージョンを導出する。 より正確には、最適熱力学蒸留プロセスの特徴付けを行い、その後、そのようなプロセスで放出される自由エネルギー量とシステムの初期状態の自由エネルギー変動との関係を証明した。 この結果は、漸近的に多くの同一の純粋系または任意の数の独立エネルギー非整合系によって与えられる初期状態に適用され、状態変換だけでなくハミルトン変換にも適用できる。 本研究では, 作業抽出, 情報消去, 熱力学的自由通信などの熱力学的プロトコルの最適性能を, 処理数$N$の2次漸近量で求めることができる。 したがって、この量子状態に対する熱力学的プロトコルの第一の厳密な解析を行い、異なるエネルギー固有状態間のコヒーレンスを、大きいが有限のn$の中間配座に有する。

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