論文の概要: Universal work extraction in quantum thermodynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.12373v1
• Date: Wed, 16 Apr 2025 18:00:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-18 14:35:39.192762
• Title: Universal work extraction in quantum thermodynamics
• Title（参考訳）: 量子熱力学における普遍的な仕事抽出
• Authors: Kaito Watanabe, Ryuji Takagi,
• Abstract要約: ナノスケール量子システムから抽出可能な最大作業量を評価することは、量子熱力学における中心的な問題の一つである。 以前の研究は、入力状態の自由エネルギーを決定的な仮定の下で抽出可能な作業の最適速度として特定した:実験者は与えられた量子状態の記述を知っている。 ここでは,この最適抽出作業は入力状態を知ることなく実現可能であることを示し,基本的操作制限を除去する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Evaluating the maximum amount of work extractable from a nanoscale quantum system is one of the central problems in quantum thermodynamics. Previous works identified the free energy of the input state as the optimal rate of extractable work under the crucial assumption: experimenters know the description of the given quantum state, which restricts the applicability to significantly limited settings. Here, we show that this optimal extractable work can be achieved without knowing the input states at all, removing the aforementioned fundamental operational restrictions. We achieve this by presenting a universal work extraction protocol, whose description does not depend on input states but nevertheless extracts work quantified by the free energy of the unknown input state. Remarkably, our result partially encompasses the case of infinite-dimensional systems, for which optimal extractable work has not been known even for the standard state-aware setting. Our results clarify that, in spite of the crucial difference between the state-aware and state-agnostic scenarios in accomplishing information-theoretic tasks, whether we are in possession of information on the given state does not influence the optimal performance of the asymptotic work extraction.
• Abstract（参考訳）: ナノスケール量子システムから抽出可能な最大作業量を評価することは、量子熱力学における中心的な問題の一つである。 以前の研究は、入力状態の自由エネルギーを、決定的な仮定の下で抽出可能な作業の最適速度として特定した:実験者は与えられた量子状態の記述を知っている。 ここでは,この最適抽出可能な作業は,入力状態を知ることなく実現可能であることを示し,上記の基本的操作制約を除去する。 我々は,入力状態に依存するのではなく,未知の入力状態の自由エネルギーによって定量化された作業の抽出を行う普遍的な作業抽出プロトコルを提案する。 注目すべきことに、この結果は、標準的な状態認識設定においても最適な抽出可能な作業が分かっていない無限次元システムの場合を部分的に包含する。 以上の結果から,情報理論上の課題達成における状態認識と状態認識の相違にもかかわらず,与えられた状態に関する情報を保有しているか否かは,漸近的作業抽出の最適性能には影響しないことが明らかとなった。

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