論文の概要: A hierarchy of thermodynamically consistent quantum operations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.23360v1
• Date: Thu, 29 May 2025 11:34:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-30 18:14:07.834389
• Title: A hierarchy of thermodynamically consistent quantum operations
• Title（参考訳）: 熱力学的に一貫した量子演算の階層構造
• Authors: Fereshte Shahbeigi, M. Hamed Mohammady,
• Abstract要約: 我々は、量子演算の階層と測定値が弱い第三法則(I$)、強い第三法則(II$)、熱力学の第二法則と第三法則(III$)に一致すると考えている。 このような特性化により、与えられた量子演算や測定の(不可能な)到達性にどの熱力学原理が関与しているかを特定できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In order to determine what quantum operations and measurements are consistent with the laws of thermodynamics, one must start by allowing all processes allowed by the framework of quantum theory, and then impose the laws of thermodynamics as a set of constraints. Here, we consider a hierarchy of quantum operations and measurements that are consistent with ($I$) the weak third law, ($II$) the strong third law, and ($III$) both the second and the third laws of thermodynamics, i.e., operations and measurements that are fully consistent with thermodynamics. Such characterisation allows us to identify which particular thermodynamic principle is responsible for the (un)attainability of a given quantum operation or measurement. In the case of channels, i.e., trace-preserving operations, we show that a channel belongs to ($I$) and ($II$) if and only if it is strictly positive and rank non-decreasing, respectively, whereas a channel belongs to ($III$) only if it is rank non-decreasing and does not perturb a strictly positive state. On the other hand, while thermodynamics does not preclude the measurability of any POVM, the realisable state-update rules for measurements are increasingly restricted as we go from ($I$) to ($III$).
• Abstract（参考訳）: 量子力学の法則とどのような量子演算と測定が一致しているかを決定するためには、まず量子論の枠組みによって許される全ての過程を許容し、熱力学の法則を一連の制約として課すことから始める必要がある。 ここでは、弱い第三法則(I$)、強い第三法則(II$)、熱力学の第二法則と第三法則(III$)、すなわち、熱力学と完全に整合した操作と測定の階層を考える。 このような特性化により、与えられた量子演算や測定の(不可能な)到達性にどの熱力学原理が関与しているかを特定できる。 チャンネル、すなわち、トレース保存操作の場合、チャンネルが$I$と$II$に属するのは、チャンネルがそれぞれ厳密な正とランク非減退である場合であり、チャンネルが$III$に属するのは、ランク非減退であり、厳密に正の状態を摂動しない場合のみである。 一方、熱力学はいかなるPOVMの可測性も妨げないが、測定のための実現可能な状態更新ルールは、私たちが(I$)から(III$)に進むにつれて、ますます制限される。

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