論文の概要: Going beyond Landauer: Information-cost relations from inference based on the maximum entropy principle

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.17060v1
• Date: Sun, 21 Sep 2025 12:38:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-23 18:58:16.093851
• Title: Going beyond Landauer: Information-cost relations from inference based on the maximum entropy principle
• Title（参考訳）: ランドーアーを超えて行く:最大エントロピー原理に基づく推論からの情報コスト関係
• Authors: Yuanyuan Xiao, Jian-Hua Jiang, Junjie Liu,
• Abstract要約: 最大エントロピー原理に基づく一般的な情報コストトレードオフ関係を導出する。 i) 複数電荷のシナリオにおける熱力学的コストに対する情報コンテンツインフォームド上限, (ii) ナノスケールでユビキタスな観測可能なゆらぎの変化に対する情報コンテンツインフォームド下限の2つの重要な結果を示す。 この結果は、一般的な有限時間量子過程における熱力学的コストの制約における最大エントロピー推論の幅広い有用性を裏付けるものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.21983319647914
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
• Abstract: The Landauer's principle, a cornerstone of information thermodynamics, provides a fundamental lower bound on the energetic cost of information erasure in terms of the information content change. However, its traditional formulation is largely confined to systems exchanging solely energy with an ideal thermal bath. In this work, we derive general information-cost trade-off relations that go beyond the scope of Landauer's principle by developing a thermodynamic inference approach based on the maximum entropy principle. These relations require only partial information about the system and are applicable to complex quantum scenarios involving multiple conserved charges and non-thermal environments. Specifically, we present two key results: (i) an information-content-informed upper bound on the thermodynamic cost in scenarios with multiple charges, which complements an existing generalized Landauer lower bound; and (ii) an information-content-informed lower bound on the change in observable fluctuations which are ubiquitous at nanoscale, thereby extending the Landauer's principle to constrain higher-order fluctuation costs. We numerically validate our information-cost trade-off relations using a coupled-qubit system exchanging energy and excitations, a driven qubit implementing an information erasure process, and a driven double quantum dot system that can operate as an inelastic heat engine. Our results underscore the broad utility of maximum-entropy inference in constraining thermodynamic costs for generic finite-time quantum processes, with direct relevance to quantum information processing and quantum thermodynamic applications.
• Abstract（参考訳）: ランドーアーの原理は、情報熱力学の基礎であり、情報内容の変化の観点から、情報消去のエネルギー的コストに基礎的な下限を与える。 しかし、伝統的な定式化は理想の熱浴でのみエネルギーを交換するシステムに限られている。 本研究では,最大エントロピー原理に基づく熱力学的推論手法を開発することにより,ランダウアーの原理を超越した一般的な情報コストトレードオフ関係を導出する。 これらの関係は系の部分的な情報のみを必要とし、複数の保存電荷と非熱環境を含む複雑な量子シナリオに適用できる。 具体的には2つの重要な結果を示す。 i) 既存の一般化ランダウアー下界を補完する複数の電荷を持つシナリオにおける熱力学的コストに関する情報内容インフォームド上限 (II)ナノスケールでユビキタスな観測可能なゆらぎの変化による情報内容インフォームドローバウンドにより、ランダウアーの原理は高次ゆらぎコストを制約するために拡張される。 我々は、エネルギーと励起を交換する結合量子ビットシステム、情報消去プロセスを実装する駆動量子ビット、非弾性ヒートエンジンとして動作可能な駆動二重量子ドットシステムを用いて、情報コストのトレードオフ関係を数値的に検証する。 本研究は, 一般有限時間量子プロセスにおける熱力学的コストの制約に対する最大エントロピー推定の幅広い有用性を, 量子情報処理や量子熱力学への応用に直接関係していることを示すものである。

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