論文の概要: Information Processing in Quantum Thermodynamic Systems: an Autonomous Hamiltonian Approach

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.08858v1
• Date: Thu, 13 Nov 2025 01:12:25 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-13 22:34:54.263437
• Title: Information Processing in Quantum Thermodynamic Systems: an Autonomous Hamiltonian Approach
• Title（参考訳）: 量子熱力学系における情報処理:自律ハミルトニアンアプローチ
• Authors: Shou-I Tang, Emery Doucet, Akram Touil, Sebastian Deffner, Akira Sone,
• Abstract要約: 本稿では、主システム、熱浴、メモリ、作業源からなる複合量子システムについて考察し、自律的なハミルトンフレームワークを採用する。 この要件は、ハミルトニアン構造の下にある主系、浴、記憶のジョイントシステムに作用する作用素の可換性と同値であることを示す。 次に、システムとメモリのジョイントダイナミックスに対する量子速度限界を量子熱力学速度限界に一般化し、ランダウアー境界の動的バージョンを得る。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Extending the quantum formulation of [Phys. Rev. X 3, 041003 (2013)] to a more general setting for studying the thermodynamics of information processing including initial correlations, we generalize the second law of thermodynamics to account for information processing in such autonomous systems. We consider a composite quantum system consisting of a principal system, heat bath, memory, and work source, and adopt an autonomous Hamiltonian framework. We derive constraints on the total Hamiltonian that ensure the work source to act as a catalyst preserving its original randomness, namely that the total unitary evolution must have a unitary partial transpose. We show that this requirement is equivalent to the commutativity of operators acting on the joint system of the principal system, bath, and memory, which underlies the Hamiltonian structure. Next, we generalize the quantum speed limit for the joint dynamics of system and memory to the quantum thermodynamic speed limit, from which we obtain a dynamical version of Landauer's bound. More importantly, we also interpret this quantum thermodynamic speed limit in the context of quantum hypothesis testing.
• Abstract（参考訳）: 初期相関を含む情報処理の熱力学を研究するためのより一般的な設定に[Phys. X 3, 041003 (2013)]の量子定式化を拡張し、そのような自律システムにおける情報処理を考慮した熱力学の第2法則を一般化する。 本稿では、主システム、熱浴、メモリ、作業源からなる複合量子システムについて考察し、自律的なハミルトンフレームワークを採用する。 我々は、ワークソースがその元のランダム性を保存する触媒として振る舞うことを確実にする全ハミルトニアンの制約、すなわち、総ユニタリ進化はユニタリ部分転置を持つ必要があるという制約を導出する。 この要件は、ハミルトニアン構造の下にある主系、浴、記憶のジョイントシステムに作用する作用素の可換性と同値であることを示す。 次に、システムとメモリのジョイントダイナミックスに対する量子速度限界を量子熱力学速度限界に一般化し、ランダウアー境界の動的バージョンを得る。 さらに重要なことは、量子仮説テストの文脈において、この量子熱力学速度制限を解釈することである。

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