論文の概要: Cooling a Qubit using n Others

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.10059v1
• Date: Wed, 11 Jun 2025 18:00:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-13 15:37:22.356391
• Title: Cooling a Qubit using n Others
• Title（参考訳）: n 以外のものを使って Qubit を冷却する
• Authors: Jake Xuereb, Benjamin Stratton, Alberto Rolandi, Jinming He, Marcus Huber, Pharnam Bakhshinezhad,
• Abstract要約: 我々は、$n$ qubit マシンのエネルギー構造に関連する不等式が最適冷却プロトコルを決定することを示す。 また、冷却プロトコルは二部グラフ上の完全マッチングとして表現できることを示す。
• 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 the task of unitarily cooling a quantum system with access to a larger quantum system, known as the machine or reservoir, how does the structure of the machine impact an agent's ability to cool and the complexity of their cooling protocol? Focusing on the task of cooling a single qubit given access to $n$ separable, thermal qubits with arbitrary energy structure, we answer these questions by giving two new perspectives on this task. Firstly, we show that a set of inequalities related to the energetic structure of the $n$ qubit machine determines the optimal cooling protocol, which parts of the machine contribute to this protocol and gives rise to a Carnot-like bound. Secondly, we show that cooling protocols can be represented as perfect matchings on bipartite graphs enabling the optimization of cost functions e.g. gate complexity or dissipation. Our results generalize the algorithmic cooling problem, establish new fundamental bounds on quantum cooling and offer a framework for designing novel autonomous thermal machines and cooling algorithms.
• Abstract（参考訳）: 機械や貯水池と呼ばれる大きな量子システムへのアクセスで量子システムを一元的に冷却するタスクにおいて、マシンの構造は、エージェントの冷却能力や冷却プロトコルの複雑さにどのように影響しますか? 任意のエネルギー構造を持つ$n$の分離可能な熱量子ビットへのアクセスを与えられた1量子ビットを冷却するタスクに着目し、このタスクについて2つの新しい視点を与えることでこれらの質問に答える。 まず、$n$ qubit マシンのエネルギー構造に関する不等式が最適冷却プロトコルを決定することを示し、このプロトコルにマシンの一部が寄与し、Carnot のようなバウンダリが生じる。 次に, 冷却プロトコルを二部グラフ上の完全マッチングとして表現することで, gゲートの複雑性や散逸といったコスト関数を最適化できることを示す。 本研究は, アルゴリズム冷却問題を一般化し, 量子冷却の新たな基礎的限界を確立し, 新たな自律型熱機械と冷却アルゴリズムを設計するための枠組みを提供する。

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