論文の概要: Quantum Computer-Based Verification of Quantum Thermodynamic Uncertainty Relation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.19293v3
• Date: Tue, 11 Mar 2025 12:58:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-12 22:35:51.156547
• Title: Quantum Computer-Based Verification of Quantum Thermodynamic Uncertainty Relation
• Title（参考訳）: 量子コンピュータによる量子熱力学不確かさ関係の検証
• Authors: Nobumasa Ishida, Yoshihiko Hasegawa,
• Abstract要約: 本稿では,量子コンピュータを用いた一般的な量子熱力学不確実性関係の検証手法を提案する。 物理量子ビット上に量子力学を実装した本手法により,関係量の測定可能性について検討できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.6574413179773757
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum thermodynamic uncertainty relations reveal fundamental trade-offs between precision and thermodynamic quantities, yet their empirical verification remains limited. We present an approach using quantum computers to verify a general quantum thermodynamic uncertainty relation. Our method, which implements quantum dynamics on physical qubits, enables us to investigate the measurability of relevant quantities, the relation's validity under physical noise, and its empirical tightness. Specifically, quantum computers' versatility allows for the examination of arbitrary observables. We address current quantum processor limitations through a three-fold strategy: generalizing the relation to generic observables under arbitrary quantum channels, proposing a method to measure the target thermodynamic quantity (survival activity) in the weak coupling regime, and reducing circuit depth by leveraging relation properties. Demonstrations on IBM's cloud-based quantum processor validate our relation in open qubit systems and achieve saturation with an optimal observable requiring entangled measurements. The relation is further verified in a quantum time correlator measurement protocol, confirming the broad applicability of our method. This study highlights the potential of noisy quantum computers for demonstrating quantum thermodynamic trade-offs.
• Abstract（参考訳）: 量子熱力学的不確実性関係は、精度と熱力学的量の基本的なトレードオフを示すが、その実証的な検証は限られている。 本稿では,量子コンピュータを用いた一般的な量子熱力学不確実性関係の検証手法を提案する。 物理量子ビット上に量子力学を実装した本手法では, 関連量の測定可能性, 物理雑音下における関係の妥当性, その経験的厳密性について検討することができる。 具体的には、量子コンピュータの汎用性により、任意の観測可能なものを調べることができる。 任意の量子チャネル下での一般的な可観測物との関係を一般化し、弱いカップリング状態における対象熱力学量(生存活動)を測定する方法を提案し、関係性を利用して回路深さを減少させる3つの戦略により、現在の量子プロセッサの限界に対処する。 IBMのクラウドベースの量子プロセッサに関する実証は、オープンキュービットシステムにおける我々の関係を検証し、最適な観測可能なエンタングルド測定で飽和を達成する。 この関係は、量子時間相関器測定プロトコルでさらに検証され、我々の方法の広範な適用性を確認する。 この研究は、量子熱力学的トレードオフを示すため、ノイズの多い量子コンピュータの可能性を強調した。

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