論文の概要: Extracting and charging energy into almost unknown quantum states

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.08899v1
• Date: Wed, 10 Sep 2025 18:01:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-12 16:52:24.093584
• Title: Extracting and charging energy into almost unknown quantum states
• Title（参考訳）: ほとんど未知の量子状態へのエネルギーの抽出と充電
• Authors: Andrea Canzio, Vasco Cavina, Roberto Menta, Vittorio Giovannetti,
• Abstract要約: 我々は、その状態に関する情報が最小限である場合に、ユニタリ演算によって抽出または充電できるエネルギー量について検討する。 これらの下界は、エネルギー制約されたコヒーレントエルゴトロピーと状態の反エルゴトロピーに対して直接上界に変換されることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6999740786886536
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In this work, we investigate the amount of energy that can be extracted or charged through unitary operations when only minimal information about the state is known. Assuming knowledge of only the mean energy of the state, we start by developing optimal upper bounds for the work that can be unitarily extracted or charged in this scenario. In deriving these upper bounds, we provide a complete characterization of the minimum ergotropy and anti-ergotropy for density matrices with fixed average energy, showing that the minimum states are always passive or antipassive and the problem of finding them can be mapped to a simple linear programming algorithm. Furthermore, we show that these lower bounds directly translate into upper bounds for the energy-constrained coherent ergotropy and anti-ergotropy of a state. We continue by illustrating scenarios in which these bounds can be saturated: a simple unitary protocol is shown to saturate the bounds for relevant classes of Hamiltonians, while having access to decoherence or randomness as resources, the saturation is guaranteed for all Hamiltonians. Finally, by taking a qutrit as an example, we show and compare the performances of the various protocols identified.
• Abstract（参考訳）: 本研究では、状態に関する情報が最小限である場合に、ユニタリ演算によって抽出または充電できるエネルギー量について検討する。 状態の平均エネルギーのみの知識を仮定すると、このシナリオで一元的に抽出したり充電したりできる作業に対して最適な上限を開発することから始める。 これらの上限を導出する際、固定平均エネルギーを持つ密度行列に対する最小エルゴトロピーと反エルゴトロピーの完全な評価を行い、最小状態は常に受動的あるいは非パッシブであり、それらを見つける問題は単純な線形計画アルゴリズムにマッピング可能であることを示す。 さらに、これらの下界は、エネルギー制約されたコヒーレントエルゴトロピーと状態の反エルゴトロピーに対して直接上界に変換されることを示す。 単純なユニタリプロトコルは、ハミルトニアンの関連するクラスの境界を飽和させる一方で、リソースとしてのデコヒーレンスやランダム性にアクセスでき、すべてのハミルトニアンに対して飽和が保証される。 最後に、キュートリットを例に挙げて、特定した各種プロトコルの性能を実演して比較する。

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