論文の概要: Landauer vs. Nernst: What is the True Cost of Cooling a Quantum System?

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2106.05151v3
• Date: Tue, 28 Mar 2023 01:33:28 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-29 20:33:54.436267
• Title: Landauer vs. Nernst: What is the True Cost of Cooling a Quantum System?
• Title（参考訳）: landauer vs. nernst: 量子システムを冷却する真のコストは何ですか?
• Authors: Philip Taranto, Faraj Bakhshinezhad, Andreas Bluhm, Ralph Silva, Nicolai Friis, Maximilian P. E. Lock, Giuseppe Vitagliano, Felix C. Binder, Tiago Debarba, Emanuel Schwarzhans, Fabien Clivaz, Marcus Huber
• Abstract要約: 第3の熱力学の法則は、系を絶対零温度に冷却するために無限の資源が必要であると述べている。 純粋量子状態の生成を可能にするリソースを同定する。 我々はランダウアーのエネルギーコストが無限の時間や制御の複雑さを与えられた場合、完璧な冷却が可能であることを示している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Thermodynamics connects our knowledge of the world to our capability to manipulate and thus to control it. This crucial role of control is exemplified by the third law of thermodynamics, Nernst's unattainability principle, which states that infinite resources are required to cool a system to absolute zero temperature. But what are these resources and how should they be utilized? And how does this relate to Landauer's principle that famously connects information and thermodynamics? We answer these questions by providing a framework for identifying the resources that enable the creation of pure quantum states. We show that perfect cooling is possible with Landauer energy cost given infinite time or control complexity. However, such optimal protocols require complex unitaries generated by an external work source. Restricting to unitaries that can be run solely via a heat engine, we derive a novel Carnot-Landauer limit, along with protocols for its saturation. This generalizes Landauer's principle to a fully thermodynamic setting, leading to a unification with the third law and emphasizes the importance of control in quantum thermodynamics.
• Abstract（参考訳）: 熱力学は世界の知識と、操作し、制御する能力を結びつける。 制御のこの重要な役割は、熱力学の第三法則(ネルンストの不持続性原理)によって例示され、無限の資源は絶対零温度まで冷却するために必要となる。 しかし、これらのリソースは何で、どのように活用すべきか? これは、情報と熱力学をつなぐランダウアーの原理とどのように関係していますか? 我々は、純粋な量子状態の生成を可能にするリソースを識別するためのフレームワークを提供することで、これらの質問に答える。 無限の時間や制御の複雑さによって、ランドーアーエネルギーコストで完全冷却が可能となる。 しかし、このような最適なプロトコルは、外部のワークソースによって生成される複雑なユニタリを必要とする。 熱エンジンのみで実行できるユニタリに制限されるため、飽和のためのプロトコルとともに、新しいCarnot-Landauer制限を導出します。 これはランダウアーの原理を完全に熱力学的な設定に一般化し、第三法則と統一し、量子熱力学における制御の重要性を強調する。

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