論文の概要: Thermodynamic Constraints on Quantum Information Gain and Error
Correction: A Triple Trade-Off
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.05100v1
- Date: Thu, 9 Dec 2021 18:39:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-05 00:48:55.211030
- Title: Thermodynamic Constraints on Quantum Information Gain and Error
Correction: A Triple Trade-Off
- Title(参考訳): 量子情報利得と誤差補正に関する熱力学的制約:三重トレードオフ
- Authors: Arshag Danageozian, Mark M. Wilde, and Francesco Buscemi
- Abstract要約: 量子誤り訂正(Quantum error correct, QEC)とは、システムの量子状態が既知のノイズに対して保護される手順である。
熱雑音は量子熱力学において中心的な役割を果たすことが知られている。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 6.499706858965409
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum error correction (QEC) is a procedure by which the quantum state of a
system is protected against a known type of noise, by preemptively adding
redundancy to that state. Such a procedure is commonly used in quantum
computing when thermal noise is present. Interestingly, thermal noise has also
been known to play a central role in quantum thermodynamics (QTD). This fact
hints at the applicability of certain QTD statements in the QEC of thermal
noise, which has been discussed previously in the context of Maxwell's demon.
In this article, we view QEC as a quantum heat engine with a feedback
controller (i.e., a demon). We derive an upper bound on the measurement heat
dissipated during the error-identification stage in terms of the Groenewold
information gain, thereby providing the latter with a physical meaning also
when it is negative. Further, we derive the second law of thermodynamics in the
context of this QEC engine, operating with general quantum measurements.
Finally, we show that, under a set of physically motivated assumptions, this
leads to a fundamental triple trade-off relation, which implies a trade-off
between the maximum achievable fidelity of QEC and the super-Carnot efficiency
that heat engines with feedback controllers have been known to possess. A
similar trade-off relation occurs for the thermodynamic efficiency of the QEC
engine and the efficacy of the quantum measurement used for error
identification.
- Abstract(参考訳): 量子誤差補正 (quantum error correction, qec) は、システムの量子状態が既知のノイズに対して、その状態に冗長性を加えることによって保護される手順である。
このような手順は、熱ノイズが存在する場合の量子コンピューティングで一般的に用いられる。
興味深いことに、熱雑音は量子熱力学(QTD)において中心的な役割を果たすことが知られている。
この事実は、以前にマクスウェルの悪魔の文脈で議論された熱雑音のQECにおける特定のQTDステートメントの適用性を示唆している。
この記事では、qecをフィードバックコントローラ(つまりデーモン)を備えた量子熱エンジンとして捉えます。
我々は,誤り同定段階で散逸した測定熱の上限をグラエニュールド情報ゲインの観点から導出し,この測定熱が負である場合にも物理的な意味を与える。
さらに、このQECエンジンの文脈における熱力学の第2法則を導出し、一般的な量子測定で操作する。
最後に, 物理的に動機づけられた仮定の下では, フィードバックコントローラを持つ熱エンジンが持つQECの達成可能な最大忠実度と超カルノー効率とのトレードオフを示唆する, 基本的な三重トレードオフ関係が導かれることを示す。
同様のトレードオフ関係は、qecエンジンの熱力学的効率と、エラー識別に使用される量子測定の有効性に生じる。
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