論文の概要: Information-thermodynamic bounds on precision in interacting quantum systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.04866v1
• Date: Mon, 06 Oct 2025 14:51:47 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-07 16:52:59.915198
• Title: Information-thermodynamic bounds on precision in interacting quantum systems
• Title（参考訳）: 相互作用量子系における精度に関する情報-熱力学的境界
• Authors: Ryotaro Honma, Tan Van Vu,
• Abstract要約: 相互作用量子系のサブシステム内での電流変動を,情報フロー,局所散逸,量子効果が協調的に抑制する方法について検討する。 本分析は, 局所散逸に加えて, 情報交換と量子コヒーレンスの両方が, 電流変動を抑制する上で重要な役割を担っていることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The thermodynamic uncertainty relation quantifies a trade-off between the relative fluctuations of trajectory currents and the thermodynamic cost, indicating that the current precision is fundamentally constrained by entropy production. In classical bipartite systems, it has been shown that information flow between subsystems can enhance the current precision alongside thermodynamic dissipation. In this study, we investigate how information flow, local dissipation, and quantum effects jointly constrain current fluctuations within a subsystem of interacting quantum systems. Unlike classical bipartite systems, quantum subsystems can exhibit simultaneous state changes and maintain quantum coherence, which fundamentally alters the precision-dissipation trade-off. For this general setting, we derive a quantum thermokinetic uncertainty relation for interacting multipartite systems, establishing a thermodynamic trade-off between current fluctuations, information flow, local dissipation, and quantum effects. Our analysis shows that, in addition to local dissipation, both information exchange and quantum coherence play essential roles in suppressing current fluctuations. These results have important implications for the performance of quantum thermal machines, such as information-thermodynamic engines and quantum clocks. We validate our theoretical findings through numerical simulations on two representative models: an autonomous quantum Maxwell's demon and a quantum clock. These results extend uncertainty relations to multipartite open quantum systems and elucidate the functional role of information flow in fluctuation suppression.
• Abstract（参考訳）: 熱力学的不確実性関係は、軌道電流の相対的ゆらぎと熱力学的コストの間のトレードオフを定量化し、電流精度がエントロピー生成によって根本的に制約されていることを示す。 古典的バイパルタイト系では、サブシステム間の情報の流れが熱力学的散逸とともに現在の精度を高めることが示されている。 本研究では,情報フロー,局所散逸,量子効果が相互作用量子系のサブシステム内の電流変動を協調的に抑制する方法について検討する。 古典的な双分割系とは異なり、量子サブシステムは同時状態変化を示し、量子コヒーレンスを維持することができる。 この一般的な設定では、相互作用する多粒子系に対する量子熱力学的不確実性関係を導出し、電流変動、情報流、局所散逸、量子効果の間の熱力学的トレードオフを確立する。 本分析は, 局所散逸に加えて, 情報交換と量子コヒーレンスの両方が, 電流変動を抑制する上で重要な役割を担っていることを示す。 これらの結果は、情報熱力学エンジンや量子時計のような量子熱機械の性能に重要な意味を持つ。 我々は,自律量子マクスウェルのデーモンと量子時計の2つの代表モデルに関する数値シミュレーションにより理論的知見を検証する。 これらの結果は、マルチパーティのオープン量子システムとの不確実性関係を拡張し、変動抑制における情報フローの機能的役割を解明する。

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