論文の概要: Every Little Thing Heat Does Is Magic

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.08663v1
• Date: Thu, 09 Apr 2026 18:00:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-13 17:57:53.524437
• Title: Every Little Thing Heat Does Is Magic
• Title（参考訳）: 小さな熱は全部魔法だ
• Authors: Rafael A. Macêdo, A. de Oliveira Junior, Naim E. Comar, Luna Lima Keller, Jonatan Bohr Brask, Lucas C. Céleri, Rafael Chaves,
• Abstract要約: エネルギーと熱測定のみに依存する2つの熱力学的な証人を紹介します。 我々は熱アンシラとの熱交換に基づく非線形証人を開発する。 いくつかの例を通して,本手法の有効性を実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.11726720776908518
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: How can one certify that an unknown quantum state possesses magic without resorting to full state tomography? We address this question by introducing two thermodynamic witnesses that rely solely on energy and heat measurements. First, we define the stabilizer ground-state energy as the lowest energy achievable by any stabilizer state, and the stabilizer gap as the separation between this value and the true ground-state energy. Any state whose energy lies below the stabilizer ground-state energy is therefore necessarily nonstabilizer. This leads to a direct witness of magic using only average-energy measurements. To overcome the limitations when direct energy measurements are inconclusive, we further develop a nonlinear witness based on heat exchange with a thermal ancilla. Specifically, we derive fundamental bounds on heat that are satisfied by all stabilizer states; therefore, their violation certifies the presence of magic. We demonstrate the effectiveness of our approach through several examples, ranging from few-body systems where heat exchange reveals nonstabilizerness even when energy measurements alone fail, to the transverse-field Ising chain, where the stabilizer gap becomes maximal at the quantum critical point.
• Abstract（参考訳）: 未知の量子状態が完全な状態トモグラフィに頼らずに魔法を持っていることをどうやって証明できるのか? エネルギーと熱測定のみに依存する2つの熱力学的な証人を導入することでこの問題に対処する。 まず、安定化器基底状態エネルギーを任意の安定化器状態によって達成可能な最低エネルギーとし、安定化器ギャップをこの値と真の基底状態エネルギーの分離として定義する。 したがって、安定化器の基底状態エネルギーより下にある任意の状態は、必ずしも非安定化剤である。 これにより、平均エネルギー測定のみで魔法を目撃することができる。 直接エネルギー測定が不確定な場合の限界を克服するため,熱アンシラとの熱交換に基づく非線形証人を開発する。 具体的には、すべての安定状態によって満たされる熱の基本的な境界を導出するので、それらの違反は魔法の存在を証明している。 提案手法の有効性は, エネルギー測定単独で故障しても熱交換が非安定化剤性を示す少数の系から, 量子臨界点における安定化器ギャップの最大値となる横場イジング連鎖まで, いくつかの例を通して実証する。

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