論文の概要: Universal validity of the second law of information thermodynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.15558v3
- Date: Fri, 29 Nov 2024 16:54:36 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-02 15:15:31.163869
- 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法則と整合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特徴付ける。
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）: 1.8641315013048299
- License:
- Abstract: Adiabatic measurements, followed by feedback 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 the 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, particularly about the feedback process and the demon's memory readout, 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.
- Abstract（参考訳）: 熱力学と情報処理の相互作用を研究するためのモデルとして、フィードバックと消去プロトコルが続く断熱測定が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、それは、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、近年、量子理論の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、特にフィードバックプロセスとデーモンの記憶の読み出し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た。
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完全互換である限り、関連する測定プロセスによらず、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。
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