論文の概要: Signatures of coherent initial ensembles on all work moments

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.00227v1
• Date: Fri, 30 Jan 2026 19:00:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-03 19:28:33.068544
• Title: Signatures of coherent initial ensembles on all work moments
• Title（参考訳）: 全作業時間におけるコヒーレント初期アンサンブルのシグナチャ
• Authors: Pranay Nayak, Sreenath K. Manikandan, Tan Van Vu, Supriya Krishnamurthy,
• Abstract要約: 本研究では, 初期アンサンブルにおけるコヒーレンスを, 追加の散逸作業コストを発生させることなく, 熱力学的精度の指標として利用できることを示す。 また、平均散逸した仕事に対する新しい量子下界を確立する一般化されたゆらぎ定理を得る。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Standard treatments of quantum work using projective energy measurements erase initial coherence and alter the dynamics, thereby failing to capture the thermodynamic effects of coherent superpositions of energy eigenstates in an ensemble of initial states. In this article, we use an operational work definition that is non-intrusive, applying it to the case of a driven dissipative qubit, where the qubit's initial preparation comprises coherent superposition states, while the driving is coherence-less. We derive an evolution equation for the moment generating function for this work, faithfully capturing the thermodynamic signature of coherent superpositions in the initial ensemble. We demonstrate that different initial ensembles that correspond to the same density matrix upon ensemble average, while having the same average work, display different work fluctuations. For monotonic driving, we show that fluctuations are maximum for coherence-less initial ensembles. As an application, we consider quantum bit-erasure in finite time and demonstrate significantly different work statistics for erasing a classical bit of information versus a Haar random initial ensemble. Our results indicate that coherence in the initial ensemble can be utilized as a resource for thermodynamic precision without incurring additional dissipative work costs. We also obtain a generalized fluctuation theorem that establishes a new quantum lower bound on the mean dissipated work. This bound, counterintuitively, is also applicable to a "classical" initial ensemble with the same initial density matrix and is connected to quantum absolute irreversibility.
• Abstract（参考訳）: 射影エネルギー測定を用いた量子ワークの標準的な処理は、初期コヒーレンスを消去し、ダイナミクスを変化させ、したがって初期状態のアンサンブルにおけるエネルギー固有状態のコヒーレントな重ね合わせの熱力学的効果を捉えない。 本稿では, 動作定義を非侵襲的とし, 駆動型散逸量子ビットの場合に適用し, 初期準備はコヒーレント重ね合わせ状態を含むが, 駆動はコヒーレンスレスである。 この研究のためにモーメント生成関数の進化方程式を導出し、初期アンサンブルにおけるコヒーレント重ね合わせの熱力学的シグネチャを忠実に捉えた。 アンサンブル平均で同じ密度行列に対応する異なる初期アンサンブルは、同じ平均的な作業を持つ一方で、異なる作業変動を示すことを示した。 単調駆動では、コヒーレンスレス初期アンサンブルに対して変動が最大であることを示す。 応用として、量子ビット消去を有限時間で検討し、古典的な情報のビットを消去する作業統計をHaarランダムな初期アンサンブルとは大きく異なることを示す。 以上の結果から,初期アンサンブルにおけるコヒーレンスを,余分な散逸作業コストを発生させることなく,熱力学的精度の指標として活用できることが示唆された。 また、平均散逸した仕事に対する新しい量子下界を確立する一般化されたゆらぎ定理を得る。 この境界は反対に、同じ初期密度行列を持つ「古典的な」初期アンサンブルにも適用でき、量子絶対可逆性と接続される。

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