論文の概要: Finite-size catalysis in quantum resource theories

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.08914v1
• Date: Tue, 14 May 2024 19:08:55 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-05-16 15:05:10.374926
• Title: Finite-size catalysis in quantum resource theories
• Title（参考訳）: 量子資源理論における有限サイズ触媒作用
• Authors: Patryk Lipka-Bartosik, Kamil Korzekwa,
• Abstract要約: 先行不可能な変換を補助システムを用いて分解することなく実現できるQuantumは、様々な資源理論において強力なツールとして登場した。 触媒の必要量を大幅に削減し, 最小資源で効率的な触媒変換を実現する方法を示す。 触媒の状態を調整することにより、触媒の必要な寸法を大幅に減らし、最小限の資源で効率的な触媒変換を可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1510009152620668
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum catalysis, the ability to enable previously impossible transformations by using auxiliary systems without degrading them, has emerged as a powerful tool in various resource theories. Although catalytically enabled state transformations have been formally characterized by the monotonic behaviour of entropic quantifiers (e.g., the von Neumann entropy or non-equilibrium free energy), such characterizations often rely on unphysical assumptions, namely the ability of using catalysts of infinitely large dimension. This approach offers very limited insights into the practical significance of using catalysis for quantum information processing. Here, we address this problem across a broad class of quantum resource theories. Leveraging quantum information tools beyond the asymptotic regime, we establish sufficient conditions for the existence of catalytic transformations with finite-size catalysts. We further unveil connections between finite-size catalysis and multi-copy transformations. Notably, we discover a fascinating phenomenon of catalytic resonance: by carefully tailoring the catalysts's state, one can drastically reduce the required dimension of the catalyst, thus enabling efficient catalytic transformations with minimal resources. Finally, we illustrate our findings with examples from the resource theories of entanglement and thermodynamics, as well in the context of catalytic unitary transformations.
• Abstract（参考訳）: 量子触媒(Quantum catalysis)は、様々な資源理論において強力なツールとして登場した。 触媒的に有効となる状態変換は、エントロピー量子化器(例えば、フォン・ノイマンエントロピーや非平衡自由エネルギー)の単調な振る舞いによって公式に特徴づけられるが、そのような特徴付けはしばしば非物理学的な仮定、すなわち無限大次元の触媒を使用する能力に依存する。 このアプローチは、量子情報処理に触媒を用いることの実用的意義について、非常に限定的な洞察を与える。 ここでは、量子資源理論の幅広いクラスにまたがってこの問題に対処する。 漸近的な状態を超えて量子情報ツールを活用することで、有限サイズの触媒を用いた触媒変換が存在するための十分な条件を確立する。 さらに、有限サイズ触媒とマルチコピー変換の接続を明らかにする。 触媒の状態を慎重に調整することで、触媒の必要な寸法を大幅に減らし、最小限の資源で効率的な触媒変換を可能にする。 最後に, エンタングルメントと熱力学の資源理論, 触媒的ユニタリ変換の文脈での例を示す。

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