論文の概要: Local Purity Distillation in Quantum Systems: Exploring the Complementarity Between Purity and Entanglement

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.11820v1
• Date: Mon, 20 Nov 2023 14:58:31 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-11-21 18:27:14.815978
• Title: Local Purity Distillation in Quantum Systems: Exploring the Complementarity Between Purity and Entanglement
• Title（参考訳）: 量子系における局所純度蒸留:純度と絡み合いの相補性を探る
• Authors: Ray Ganardi, Piotr Masajada, Moein Naseri, Alexander Streltsov
• Abstract要約: ギブス保存型ローカル操作と古典通信の枠組みを導入・開発する。 局所冷却は局所純度の抽出と一致し, 完全縮退した局所ハミルトン系システムに着目する。 本研究は, 絡み込み検出・推定技術など, 様々な実用化への扉を開くものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 44.99833362998488
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum thermodynamics and quantum entanglement represent two pivotal quantum resource theories with significant relevance in quantum information science. Despite their importance, the intricate relationship between these two theories is still not fully understood. Here, we delve into the interplay between entanglement and thermodynamics, particularly in the context of local cooling processes. We introduce and develop the framework of Gibbs-preserving local operations and classical communication. Within this framework, we explore strategies enabling remote parties to effectively cool their local systems to the ground state. Our analysis is centered on scenarios where only a single copy of a quantum state is accessible, with the ideal performance defined by the highest possible fidelity to the ground state achievable under these constraints. We focus on systems with fully degenerate local Hamiltonians, where local cooling aligns with the extraction of local purity. In this context, we establish a powerful link between the efficiency of local purity extraction and the degree of entanglement present in the system, a concept we define as purity-entanglement complementarity. Moreover, we demonstrate that in many pertinent scenarios, the optimal performance can be precisely determined through semidefinite programming techniques. Our findings open doors to various practical applications, including techniques for entanglement detection and estimation. We demonstrate this by evaluating the amount of entanglement for a class of bound entangled states.
• Abstract（参考訳）: 量子力学と量子絡み合いは、量子情報科学において重要な関係を持つ2つの重要な量子資源理論を表す。 その重要性にもかかわらず、この2つの理論の複雑な関係は未だ完全には理解されていない。 ここでは、特に局所冷却過程の文脈において、絡み合いと熱力学の相互作用を掘り下げる。 ギブス保存型ローカル操作と古典的通信の枠組みを紹介・開発する。 本フレームワークでは,リモートパーティがローカルシステムを地上状態に効果的に冷却できる戦略を探求する。 私たちの分析は、量子状態の1つのコピーしかアクセスできないシナリオに焦点を置き、これらの制約の下で達成可能な基底状態に対する最高の忠実性によって理想的なパフォーマンスを定義する。 局所冷却は局所純度の抽出と一致し, 完全縮退した局所ハミルトン系システムに着目する。 この文脈において,我々は局所的純度抽出の効率とシステムに存在する絡み合いの程度との間に強い相関関係を確立し,この概念を純度絡み合い相補性と呼ぶ。 さらに,多くのシナリオにおいて,最適性能は半定値プログラミング手法によって正確に決定できることを実証する。 本研究は,絡み検出・推定技術など,様々な実用化への扉を開く。 有界絡み状態のクラスに対する絡み合いの量を評価することでこれを実証する。

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