論文の概要: Experimental verification of fluctuation relations with a quantum computer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2106.04388v1
• Date: Tue, 8 Jun 2021 14:16:12 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-27 06:38:51.334022
• Title: Experimental verification of fluctuation relations with a quantum computer
• Title（参考訳）: 量子コンピュータによるゆらぎ関係の実験的検証
• Authors: Andrea Solfanelli, Alessandro Santini, Michele Campisi
• Abstract要約: 我々は、量子プロセッサを用いて、非平衡量子熱力学における多くの理論的結果を実験的に検証する。 我々の実験は、量子計算の非平衡エネルギー論を理解するための実験基盤を構成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 68.8204255655161
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Inspired by the idea that quantum computers can be useful in advancing basic science, we use a quantum processor to experimentally validate a number of theoretical results in non-equilibrium quantum thermodynamics, that were not (or were very little) corroborated so far. In order to do so, we first put forward a novel method to implement the so called two point measurement scheme, which is at the basis of the study of non-equilibrium energetic exchanges in quantum systems. Like the well-established interferometric method, our method uses an ancillary system, but at variance with it, it provides direct access to the energy exchange statistics, rather than its Fourier transform, thus being extremely more effective. We first experimentally validate our ancilla-assisted two point measurement scheme, and then apply it to i) experimentally verify that fluctuation theorems are robust against projective measurements, a theoretical prediction which was not validated so far, ii) experimentally verify the so called heat engine fluctuation relation, by implementing a SWAP quantum heat engine. iii) experimentally verify that the heat engine fluctuation relation continues to hold in presence of intermediate measurements, by implementing the design at the basis of the so called quantum-measurement-cooling concept. For both engines, we report the measured average heat and work exchanged and single out their operation mode. Our experiments constitute the experimental basis for the understanding of the non-equilibrium energetics of quantum computation and for the implementation of energy management devices on quantum processors.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは基礎科学の進歩に有用であるという考えに触発され、量子プロセッサを用いて非平衡量子熱力学における多くの理論的結果を実験的に検証した。 そこで我々はまず,量子系における非平衡エネルギー交換の研究に基づいて,いわゆる2点測定方式を実装した新しい手法を提案する。 十分に確立された干渉法と同様に、我々の手法は補助システムを用いるが、それと相違する場合にはフーリエ変換よりもエネルギー交換統計への直接アクセスを提供し、非常に効果的である。 まず, アンシラ支援2点測定法を実験的に検証し, 適用した。 一 ゆらぎ定理が投射測度に対して頑健であることを実験的に検証し、これまで検証されなかった理論予測 二 SWAP量子熱エンジンを実装することにより、いわゆる熱エンジン変動関係を実験的に検証する。 三 いわゆる量子測定冷却の概念に基づいて設計を行うことにより、中間測定の有無で熱エンジンの変動関係が保たれていることを実験的に検証する。 両エンジンとも, 平均熱量および作業量を計測し, 操作モードを単調に設定した。 本実験は、量子計算の非平衡エネルギーの理解と、量子プロセッサ上のエネルギー管理装置の実装のための実験基盤を構成する。

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