論文の概要: A thermodynamically consistent approach to the energy costs of quantum measurements
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.16037v4
- Date: Thu, 11 Jul 2024 08:02:08 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-12 11:44:36.308441
- Title: A thermodynamically consistent approach to the energy costs of quantum measurements
- Title（参考訳）: 量子計測のエネルギーコストに対する熱力学的一貫したアプローチ
- Authors: Camille L Latune, Cyril Elouard,
- Abstract要約: 熱浴に結合した量子プローブからなる量子計測装置の一般的な顕微鏡モデルを示す。
熱浴の特性を利用して測定結果を冗長に記録し,その自由度を推定する。
本研究では, 熱力学的に可逆な測定が可能であり, 最小限の工数に到達できることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Considering a general microscopic model for a quantum measuring apparatus comprising a quantum probe coupled to a thermal bath, we analyze the energetic resources necessary for the realization of a quantum measurement, which includes the creation of system-apparatus correlations, the irreversible transition to a statistical mixture of definite outcomes, and the apparatus resetting. Crucially, we do not resort to another quantum measurement to capture the emergence of objective measurement results, but rather exploit the properties of the thermal bath which redundantly records the measurement result in its degrees of freedom, naturally implementing the paradigm of quantum Darwinism. In practice, this model allows us to perform a quantitative thermodynamic analysis for the measurement process. From the expression of the second law, we show how the minimal required work depends on the energy variation of the system being measured plus information-theoretic quantities characterizing the performance of the measurement -- efficiency and completeness. Additionally, we show that it is possible to perform a thermodynamically reversible measurement, thus reaching the minimal work expenditure, and provide the corresponding protocol. Finally, for finite-time measurement protocols, we illustrate the increasing work cost induced by rising entropy production inherent of finite-time thermodynamic processes. This highlights an emerging trade-off between velocity of the measurement and work cost, on top of a trade-off between efficiency of the measurement and work cost.
- Abstract（参考訳）: 熱浴に結合した量子プローブからなる量子測定装置の一般的な顕微鏡モデルを考えると,システム・アパラトリー相関の生成,一定の結果の統計的混合への不可逆的な遷移,及び装置リセットを含む,量子測定の実現に必要なエネルギー資源を解析する。
重要なことは、客観的な測定結果の出現を捉えるために、別の量子測定に頼らず、その測定結果をその自由度で冗長に記録する熱浴の特性を利用して、自然に量子ダーウィン主義のパラダイムを実装している。
実際に,本モデルを用いて測定プロセスの定量的熱力学解析を行うことができる。
第2法則の表現から, 必要最小限の作業が, 測定対象システムのエネルギー変動と, 測定性能, 効率, 完全性を特徴づける情報理論量に依存することを示す。
さらに、熱力学的に可逆な測定が可能であり、最小限の作業費に到達し、対応するプロトコルを提供する。
最後に、有限時間測定プロトコルについて、有限時間熱力学過程に固有のエントロピー生成の増大による作業コストの増加について説明する。
これは、測定の効率と作業コストの間のトレードオフに加えて、測定の速度と作業コストの間のトレードオフが増大していることを強調します。
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