論文の概要: Qubit thermodynamics: Entropy production from nonadiabatic driving
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.16570v1
- Date: Thu, 19 Jun 2025 19:51:54 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-23 19:00:05.237562
- Title: Qubit thermodynamics: Entropy production from nonadiabatic driving
- Title（参考訳）: クビット熱力学:非断熱駆動によるエントロピー生成
- Authors: Pavel Zhelnin, Lucas Johns, Carlos A. Argüelles,
- Abstract要約: 断熱性は、量子制御、計算、シミュレーションに対する多くの有望なアプローチの基盤である。
量子ビット制御における非断熱誤差をエントロピー生成の一形態として解析する。
我々は、有効ハミルトニアンに関して平衡が定義されるとき、エントロピーはほぼ単調に増加することを示した。
- 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: Adiabaticity is a cornerstone of many promising approaches to quantum control, computing, and simulation. In practice, however, there is always a trade-off. Although the deleterious effects of noise can be diminished by running a control schedule more quickly, this benefit comes at the expense of nonadiabaticity. To put these two unwanted effects on the same theoretical footing, we analyze the nonadiabatic error in qubit control as a form of entropy production, examining the mechanism by which fine-grained information is effectively lost despite the dynamics being fundamentally unitary. A crucial issue here is the question of how to define equilibrium under a time-dependent Hamiltonian. Using the Landau--Zener protocol as a test case, we show that entropy increases nearly monotonically when equilibrium is defined with respect to the effective Hamiltonian in the optimal superadiabatic frame. We then consider single-passage Landau--Zener--St\"{u}ckelberg--Majorana interferometry, in which the initial state of the qubit is arbitrary. Violations of the second law of thermodynamics are possible but require exquisite control to achieve deliberately.
- Abstract（参考訳）: 断熱性は、量子制御、計算、シミュレーションに対する多くの有望なアプローチの基盤である。
しかし実際には、常にトレードオフがある。
制御スケジュールをより早く実行することで、ノイズの有害な影響を低減できるが、この利点は非可逆性を犠牲にしている。
この2つの不要な効果を同じ理論的な足場に当てはめるため、量子ビット制御における非断熱誤差をエントロピー生成の一形態として解析し、力学が基本的ユニタリであるにもかかわらず、きめ細かい情報が効果的に失われるメカニズムを検証した。
ここでの重要な問題は、時間依存ハミルトニアンの下でどのように平衡を定義するかという問題である。
テストケースとしてLandau-Zenerプロトコルを用いて、最適超断熱フレームにおける有効ハミルトニアンに対して平衡が定義されると、エントロピーはほぼ単調に増加することを示す。
次に、キュービットの初期状態が任意であるようなシングルパスランダウ--Zener--St\"{u}ckelberg--Majorana 干渉法を考える。
熱力学の第2法則の違反は可能であるが、故意に達成するには厳密な制御が必要である。
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