論文の概要: Erasure cost of a quantum process: A thermodynamic meaning of the dynamical min-entropy

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.05307v1
• Date: Thu, 05 Jun 2025 17:53:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-06 21:53:49.876518
• Title: Erasure cost of a quantum process: A thermodynamic meaning of the dynamical min-entropy
• Title（参考訳）: 量子過程の消去コスト:動的ミニエントロピーの熱力学的意味
• Authors: Himanshu Badhani, Dhanuja G S, Swati Choudhary, Vishal Anand, Siddhartha Das,
• Abstract要約: 論理的および補助的な入力出力系に作用する任意の二部ゲートを解析する。 我々は、削減されたダイナミクスの敵の消去コストに焦点をあてる。 この洞察は熱力学、情報理論、量子計算の基本的な限界を橋渡しする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1827829754757404
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The erasure of information is fundamentally an irreversible logical operation, carrying profound consequences for the energetics of computation and information processing. In this work, we investigate the thermodynamic costs associated with erasing (and preparing) quantum processes. Specifically, we analyze an arbitrary bipartite unitary gate acting on logical and ancillary input-output systems, where the ancillary input is always initialized in the ground state. We focus on the adversarial erasure cost of the reduced dynamics~\textemdash~that is, the minimal thermodynamic work required to erase the logical output of the gate for any logical input, assuming full access to the ancilla but no access to any purifying reference of the logical input state. We determine that this adversarial erasure cost is directly proportional to the negative min-entropy of the reduced dynamics, thereby giving the dynamical min-entropy a clear operational meaning. A key foundation of this result is the quantum process decoupling theorem, which quantitatively relates the decoupling ability of a process with its min-entropy. This insight bridges thermodynamics, information theory, and the fundamental limits of quantum computation.
• Abstract（参考訳）: 情報の消去は基本的には不可逆な論理演算であり、計算と情報処理のエネルギーに重大な結果をもたらす。 本研究では,量子過程の消去(および準備)に伴う熱力学的コストについて検討する。 具体的には、論理的および補助的な入力出力システムに作用する任意の二部単位ゲートを解析し、そこでは、補助的な入力は常に基底状態で初期化される。 論理入力の論理出力を消去するのに必要となる最小限の熱力学的作業は、アシラへの完全なアクセスを前提としながらも、論理入力状態の純粋参照にはアクセスしない。 この逆消去コストは、還元された力学の負のミンエントロピーと直接比例するので、動的ミンエントロピーは明確な操作意味を持つ。 この結果の重要な基礎は量子過程のデカップリング定理であり、これはプロセスのデカップリング能力とそのミニエントロピーを定量的に関連付けるものである。 この洞察は熱力学、情報理論、量子計算の基本的な限界を橋渡しする。

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