論文の概要: Universal validity of the second law of information thermodynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.15558v2
- Date: Sun, 19 Nov 2023 02:51:18 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-22 18:07:46.832142
- Title: Universal validity of the second law of information thermodynamics
- Title（参考訳）: 情報熱力学第二法則の普遍的妥当性
- Authors: Shintaro Minagawa, M. Hamed Mohammady, Kenta Sakai, Kohtaro Kato,
Francesco Buscemi
- Abstract要約: 熱力学の第2法則と一致する量子フィードバック制御および消去プロトコルの全範囲について検討する。
これにより、情報熱力学の第2法則は確かに普遍的であるという結論が導かれる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.999925939110439
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Feedback control and erasure protocols have often been considered as a model
to embody Maxwell's Demon paradox and to study the interplay between
thermodynamics and information processing. Such studies have led to the
conclusion, now widely accepted in the community, that Maxwell's Demon and the
second law of thermodynamics can peacefully coexist because any gain provided
by the demon must be offset by the cost of performing measurement and resetting
the demon's memory to its initial state. Statements of this kind are
collectively referred to as second laws of information thermodynamics and have
recently been extended to include quantum theoretical scenarios. However,
previous studies in this direction have made several assumptions, in particular
about the feedback process and the measurement performed on the demon's memory,
and thus arrived at statements that are not universally applicable and whose
range of validity is not clear. In this work, we fill this gap by precisely
characterizing the full range of quantum feedback control and erasure protocols
that are overall consistent with the second law of thermodynamics. This leads
us to conclude that the second law of information thermodynamics is indeed
universal: it must hold for any quantum feedback control and erasure protocol,
regardless of the measurement process involved, as long as the protocol is
overall compatible with thermodynamics. Our comprehensive analysis not only
encompasses new scenarios but also retrieves previous ones, doing so with fewer
assumptions. This simplification contributes to a clearer understanding of the
theory. Additionally, our work identifies the Groenewold--Ozawa information
gain as the correct information measure characterizing the work extractable by
feedback control.
- Abstract（参考訳）: フィードバック制御と消去プロトコルは、マックスウェルのデモンパラドックスを具現化し、熱力学と情報処理の相互作用を研究するモデルとしてしばしば考えられている。
このような研究は、マクスウェルのデーモンと第二の熱力学の法則が平和的に共存できるという結論をコミュニティで広く受け入れられており、デーモンが与える利益は、測定を行い、デーモンの記憶を初期状態に戻すコストによって相殺されなければならないからである。
この種のステートメントは、まとめて情報熱力学の第2法則と呼ばれ、最近量子理論シナリオを含むように拡張されている。
しかし、この方向の以前の研究では、特にデーモンの記憶におけるフィードバックプロセスと測定についていくつかの仮定がなされており、普遍的に適用不可能であり、有効範囲が明確でないステートメントに到達している。
本研究では、熱力学の第2法則と完全に一致した量子フィードバック制御および消去プロトコルの全範囲を正確に特徴付けることにより、このギャップを埋める。
量子フィードバック制御と消去プロトコルは、そのプロトコルが熱力学と全体的な互換性がある限り、関連する測定プロセスに関係なく保持されなければならない。
我々の包括的な分析は、新しいシナリオを包含するだけでなく、より少ない仮定で以前のシナリオも取り出す。
この単純化は理論のより明確な理解に寄与する。
さらに,本研究は,フィードバック制御により抽出可能な作業の特徴を識別する正しい情報尺度として,Groenewold-Ozawa情報ゲインを同定する。
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