論文の概要: Double-Bracket Algorithmic Cooling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.00302v1
• Date: Tue, 30 Sep 2025 21:46:28 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-03 21:54:12.790373
• Title: Double-Bracket Algorithmic Cooling
• Title（参考訳）: ダブルブラケットアルゴリズムによる冷却
• Authors: Mohammed Alghadeer, Khanh Uyen Giang, Shuxiang Cao, Simone D. Fasciati, Michele Piscitelli, Nelly Ng, Peter J. Leek, Marek Gluza, Mustafa Bakr,
• Abstract要約: 本稿では、純粋状態の量子コヒーレンスを体系的に抑制するプロトコルである二重ブラケットアルゴリズム冷却(DBAC)を導入する。 我々の研究は、量子力学における基礎的なタスクのための新しいプロトコルに向けて、動的量子アルゴリズムが有望な経路であることを実証している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5417521241272645
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Algorithmic cooling shows that it is possible to locally reduce the entropy of a qubit belonging to an isolated ensemble such as nuclear spins in molecules or nitrogen-vacancy centers in diamonds. In the same physical setting, we introduce double-bracket algorithmic cooling (DBAC), a protocol that systematically suppresses quantum coherence of pure states. DBAC achieves this by simulating quantum imaginary-time evolution through recursive unitary synthesis of Riemannian steepest-descent flows and it utilizes density-matrix exponentiation as a subroutine. This subroutine makes DBAC a concrete instance of a dynamic quantum algorithm that operates using quantum information stored in copies of the input states. Thus, the circuits of DBAC are independent of the input state, enabling the extension of algorithmic cooling from targeting entropy to quantum coherence without resorting to measurements. Akin to Nernst principle, DBAC increases the cooling performance when including more input qubits which serve as quantum instructions. Our work demonstrates that dynamic quantum algorithms are a promising route toward new protocols for foundational tasks in quantum thermodynamics.
• Abstract（参考訳）: アルゴリズム冷却は、分子の核スピンやダイヤモンドの窒素空孔中心のような孤立したアンサンブルに属するクビットのエントロピーを局所的に減少させることができることを示している。 同じ物理環境では、純粋状態の量子コヒーレンスを体系的に抑制するプロトコルであるダブルブラケットアルゴリズム冷却(DBAC)を導入する。 DBACはこの現象を、リーマン急傾斜流の再帰的ユニタリ合成を通じて量子想像時間進化をシミュレートし、密度行列指数をサブルーチンとして利用する。 このサブルーチンは、DBACを入力状態のコピーに格納された量子情報を使用する動的量子アルゴリズムの具体例にする。 したがって、DBACの回路は入力状態とは独立であり、エントロピーの標的から量子コヒーレンスへのアルゴリズム冷却の拡張を測定に頼らずに行える。 ナーンスト原理と同様に、DBACは量子命令として機能するより多くの入力量子ビットを含む場合の冷却性能を向上させる。 我々の研究は、量子力学における基礎的なタスクのための新しいプロトコルに向けて、動的量子アルゴリズムが有望な経路であることを実証している。

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