論文の概要: Measuring multipartite quantum correlations by thermodynamic work extraction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.04058v1
- Date: Thu, 4 Jul 2024 16:58:30 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-08 17:14:12.623142
- Title: Measuring multipartite quantum correlations by thermodynamic work extraction
- Title（参考訳）: 熱力学的作業抽出による多部量子相関の測定
- Authors: Toshihiro Yada, Nobuyuki Yoshioka, Takahiro Sagawa,
- Abstract要約: 本稿では,大域演算と局所演算と古典通信による抽出可能な熱力学的作業の差に基づく,多部量子相関の尺度を提案する。
多部量子相関に対する熱力学的アプローチの際立った特徴は、量子相関の度合いと明確な操作的意味を比較することができることである。
これは、多部量子相関と量子熱力学の基本的な関係を浮き彫りにするだけでなく、量子多体系の構造を効率的に計算可能なプローブとしても機能することを示している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum correlations are at the core of quantum mechanics and play a crucial role in various fields. While bipartite quantum correlations have been extensively studied, multipartite quantum correlations in many-body systems remain elusive due to their complex structure. In particular, a primary challenge lies in the fact that the calculation of multipartite quantum correlation measure often requires exponential cost. In this work, we tackle this problem by adopting a thermodynamic approach; we introduce a measure of multipartite quantum correlations based on the difference in extractable thermodynamic work by global operations and local operations and classical communication (LOCC). This can be regarded as a multipartite generalization of the work deficit, which has attracted attention as a thermodynamic measure of bipartite quantum correlation. A distinguishing feature of the thermodynamic approach to multipartite quantum correlation is that we can compare the degree of quantum correlations with clear operational meaning. Importantly, we develop an efficient calculation method of the multipartite work deficit. This efficient method works for a special class of quantum many-body systems described by matrix product states (MPS), where the numerical cost is shown to be proportional to the system size, significantly reducing the exponential cost required for the direct calculations. We demonstrate this efficient method in the AKLT state and the cluster state, and analytically obtain the exact values of this measure. We further show that a quantum phase transition described by MPS is well captured by the multipartite work deficit. This shows that the multipartite work deficit does not only highlight the fundamental connection between multipartite quantum correlations and quantum thermodynamics, but also serves as an efficiently-computable probe of the structures of quantum many-body systems.
- Abstract（参考訳）: 量子相関は量子力学の核であり、様々な分野において重要な役割を果たす。
両部量子相関は広く研究されているが、多体系の多部量子相関は、その複雑な構造のために解明され続けている。
特に大きな課題は、多部量子相関測度の計算がしばしば指数的なコストを必要とするという事実にある。
本研究では,大域演算と局所演算と古典通信(LOCC)による抽出可能な熱力学的作業の違いに基づいて,多部量子相関の尺度を導入する。
これは仕事不足の多部一般化と見なすことができ、二部量子相関の熱力学的尺度として注目されている。
多部量子相関に対する熱力学的アプローチの際立った特徴は、量子相関の度合いと明確な操作的意味を比較することができることである。
重要なことは、多部労働赤字の効率的な計算方法を開発することである。
この効率的な方法は、行列積状態 (MPS) によって記述される量子多体系の特別なクラスに作用し、数値的なコストはシステムサイズに比例することが示され、直接計算に必要な指数的なコストが大幅に削減される。
AKLT状態とクラスタ状態において,この効率的な手法を実証し,その正確な値を解析的に取得する。
さらに,MPSで記述された量子相転移が,多部作業不足によってよく捉えられていることを示す。
これは、多部量子相関と量子熱力学の基本的な関係を浮き彫りにするだけでなく、量子多体系の構造を効率的に計算可能なプローブとしても機能することを示している。
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