論文の概要: Experimentally probing Landauer's principle in the quantum many-body regime
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.21690v1
- Date: Wed, 31 Jul 2024 15:37:06 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-01 12:17:56.530416
- Title: Experimentally probing Landauer's principle in the quantum many-body regime
- Title（参考訳）: 量子多体状態におけるランダウアーの原理の実験的証明
- Authors: Stefan Aimet, Mohammadamin Tajik, Gabrielle Tournaire, Philipp Schüttelkopf, João Sabino, Spyros Sotiriadis, Giacomo Guarnieri, Jörg Schmiedmayer, Jens Eisert,
- Abstract要約: 我々は超低温ボース気体の量子場シミュレータを用いて、量子多体状態におけるランダウアーの原理を実験的に探索した。
本結果は,半古典的準粒子像を用いて解釈した理論的予測と一致する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2321794817688276
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Landauer's principle bridges information theory and thermodynamics by linking the entropy change of a system during a process to the average energy dissipated to its environment. Although typically discussed in the context of erasing a single bit of information, Landauer's principle can be generalised to characterise irreversibility in out-of-equilibrium processes, such as those involving complex quantum many-body systems. Specifically, the relationship between the entropy change of the system and the energy dissipated to its environment can be decomposed into changes in quantum mutual information and a difference in relative entropies of the environment. Here we experimentally probe Landauer's principle in the quantum many-body regime using a quantum field simulator of ultracold Bose gases. Employing a dynamical tomographic reconstruction scheme, we track the temporal evolution of the quantum field following a global mass quench from a Klein-Gordon to a Tomonaga-Luttinger liquid model and analyse the information-theoretic contributions to Landauer's principle for various system-environment partitions of the composite system. Our results agree with theoretical predictions, interpreted using a semi-classical quasiparticle picture. Our work demonstrates the potential of ultracold atom-based quantum field simulators to experimentally investigate quantum thermodynamics.
- Abstract（参考訳）: ランダウアーの原理は、プロセス中のシステムのエントロピー変化と、その環境に放出される平均エネルギーを結びつけることによって、情報理論と熱力学を橋渡しする。
典型的には1ビットの情報を消去する文脈で議論されるが、ランダウアーの原理は複雑な量子多体系を含むような非平衡過程における不可逆性を特徴づけるために一般化することができる。
具体的には、システムのエントロピー変化と環境に放出されるエネルギーの関係を、量子的相互情報の変化と環境の相対エントロピーの差に分解することができる。
ここでは、超低温ボース気体の量子場シミュレータを用いて、量子多体状態におけるランダウアーの原理を実験的に探索する。
動的トモグラフィー再構成法を用いて,Klein-Gordon から Tomonaga-Luttinger 液体モデルへの大域的質量クエンチに続く量子場の時間的進化を追跡し,複合系の様々な環境分割に対するランダウアーの原理に対する情報理論的貢献を分析する。
本結果は,半古典的準粒子像を用いて解釈した理論的予測と一致する。
我々の研究は、量子熱力学を実験的に研究するための超低温原子系量子場シミュレータの可能性を示す。
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