論文の概要: Emulating a quantum Maxwell's demon with non-separable structured light
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.03893v1
- Date: Wed, 06 Nov 2024 13:10:03 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-07 19:22:33.604720
- Title: Emulating a quantum Maxwell's demon with non-separable structured light
- Title（参考訳）: 量子マックスウェルの悪魔を非分離構造光でエミュレートする
- Authors: Edgar Medina-Segura, Paola C. Obando, Light Mkhumbuza, Enrique J. Galvez, Carmelo Rosales-Guzmán, Gianluca Ruffato, Filippo Romanato, Andrew Forbes, Isaac Nape,
- Abstract要約: マクスウェルの悪魔(MD)は情報理論と熱力学の関係を探求する教示的な乗り物を証明している。
ここでは、スピンと軌道角運動量では分離できない古典的ベクトル構造光を用いて量子MD実験をエミュレートする。
我々のMDは、軌道角運動量という形でシステムから有用な成果を抽出し、情報駆動光スパンナーへの道を開くことができることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Maxwell's demon (MD) has proven an instructive vehicle by which to explore the relationship between information theory and thermodynamics, fueling the possibility of information driven machines. A long standing debate has been the concern of entropy violation, now resolved by the introduction of a quantum MD, but this theoretical suggestion has proven experimentally challenging. Here, we use classical vectorially structured light that is non-separable in spin and orbital angular momentum to emulate a quantum MD experiment. Our classically entangled light fields have all the salient properties necessary of their quantum counterparts but without the experimental complexity of controlling quantum entangled states. We use our experiment to show that the demon's entropy increases during the process while the system's entropy decreases, so that the total entropy is conserved through an exchange of information, confirming the theoretical prediction. We show that our MD is able to extract useful work from the system in the form of orbital angular momentum, opening a path to information driven optical spanners for the mechanical rotation of objects with light. Our synthetic dimensions of angular momentum can easily be extrapolated to other degrees of freedom, for scalable and robust implementations of MDs at both the classical and quantum realms, enlightening the role of a structured light MD and its capability to control and measure information.
- Abstract（参考訳）: マクスウェルの悪魔(MD)は、情報理論と熱力学の関係を探求し、情報駆動機械の可能性を高めるための指導的な乗り物を証明している。
長期にわたる議論はエントロピー違反の懸念であり、現在では量子MDの導入によって解決されているが、この理論的提案は実験的に困難であることが証明されている。
ここでは、スピンと軌道角運動量では分離できない古典的ベクトル構造光を用いて量子MD実験をエミュレートする。
古典的に絡み合った光場は、量子対向体に必要なすべての有能な性質を持っているが、量子絡み合った状態を制御する実験的な複雑さは持っていない。
実験では,システムのエントロピーが減少する過程で,デーモンのエントロピーが増大することを示すため,情報交換により全エントロピーが保存され,理論的予測が確認される。
我々のMDは、軌道角運動量という形でシステムから有用な成果を抽出し、光による物体の機械的回転のための情報駆動型光スパンナーへの道を開くことができることを示す。
我々の角運動量の合成次元は、古典的および量子的領域におけるMDのスケーラブルで堅牢な実装のために、他の自由度に容易に外挿でき、構造化光MDの役割と情報制御と測定の能力を高めることができる。
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