論文の概要: Alchemy of quantum coherence: Arbitrary amplification in asymptotic and catalytic coherence manipulation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.12338v1
• Date: Wed, 23 Aug 2023 18:00:02 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-08-25 16:47:21.516600
• Title: Alchemy of quantum coherence: Arbitrary amplification in asymptotic and catalytic coherence manipulation
• Title（参考訳）: 量子コヒーレンスの錬金術:漸近的および触媒的コヒーレンス操作における任意増幅
• Authors: Naoto Shiraishi and Ryuji Takagi
• Abstract要約: 任意の低コヒーレント状態が任意の高コヒーレント状態に任意に変換可能であることを示す。 触媒を用いた非漸近変換において、任意の状態が任意の低コヒーレント状態から得られることを示す。 我々のプロトコルは状態変換における量子コヒーレンスの障壁を回避し、量子コヒーレンスを無限に増幅することができる。
• 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: Quantum coherence is one of the fundamental aspects distinguishing classical and quantum theories. Coherence between different energy eigenstates is particularly important, as it serves as a valuable resource under the law of energy conservation. A fundamental question in this setting is how well one can prepare good coherent states from low coherent states and whether a given coherent state is convertible to another one. Here, contrarily to intuitions and previous expectations, we show that any low coherent state is convertible to any high coherent state arbitrarily well, implying that one can increase the amount of quantum coherence inexhaustibly. We demonstrate this remarkable phenomenon in two operational settings: asymptotic and catalytic transformations. For a variant of asymptotic coherence manipulation, the rate of transformation becomes unbounded regardless of how weak the initial coherence is. This particularly shows that the infinite rate of coherence distillation can be accomplished for all coherent states. In a non-asymptotic transformation with a catalyst -- a helper state that locally remains in the original form after the transformation, we show that an arbitrary state can be obtained from any low coherent states. Our protocol avoids the barrier of quantum coherence in state conversion and allows us to amplify quantum coherence infinitely. On its opposite side, we show that the aforementioned amplification requires small but non-zero coherence, characterizing the condition under which the anomalous power of coherence transformation is enabled.
• Abstract（参考訳）: 量子コヒーレンス(quantum coherence)は、古典理論と量子理論を区別する基本的な側面の1つである。 異なるエネルギー固有状態間のコヒーレンスが特に重要であり、エネルギー保存の法則の下で貴重な資源となっている。 この設定における基本的な問題は、低いコヒーレント状態から良質なコヒーレント状態がどれだけうまく準備できるか、そして与えられたコヒーレント状態が他の状態に変換可能であるかどうかである。 ここでは直観や過去の期待とは対照的に、低コヒーレント状態は任意の高コヒーレント状態に任意に変換可能であることを示し、量子コヒーレンスを無作為に増加させることができることを示唆する。 この現象を, 漸近的および触媒的変換という2つの操作条件下で示す。 漸近的コヒーレンス操作の変種の場合、初期コヒーレンスの弱さにかかわらず変換の速度は非有界となる。 このことは、コヒーレンス蒸留の無限速度が全てのコヒーレンス状態に対して達成できることを特に示している。 触媒を持つ非漸近変換 -- 変換の後に局所的に元の形で残るヘルパー状態 -- において、任意の状態が任意の低コヒーレント状態から得られることを示す。 我々のプロトコルは状態変換における量子コヒーレンス障壁を避け、量子コヒーレンスを無限に増幅する。 反対に、上記の増幅は小さいがゼロでないコヒーレンスを必要とすることを示し、コヒーレンス変換の異常なパワーが有効である条件を特徴付ける。

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