論文の概要: Quantum thermodynamics with uncertain equilibrium

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.13524v1
• Date: Wed, 15 Apr 2026 06:16:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-16 20:38:32.410647
• Title: Quantum thermodynamics with uncertain equilibrium
• Title（参考訳）: 不確実平衡をもつ量子熱力学
• Authors: Munan Zhang, Kun Fang,
• Abstract要約: 量子熱力学に対する資源理論のアプローチは、熱力学資源が定義される熱平衡の完全な知識を前提としている。 我々は不確実性を反映した候補状態の集合によって平衡基準が特定される枠組みを開発する。 我々は、不確実性は標準理論の小さな摂動ではなく、熱力学的資源相互変換の基本的な限界を再認識する質的に新しい成分であることを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.0094233004333124
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The resource-theoretic approach to quantum thermodynamics assumes complete knowledge of the thermal equilibrium against which thermodynamic resources are defined. In practice, however, this state is determined by the system Hamiltonian and the bath temperature, neither of which is known with perfect precision. We develop a framework in which the equilibrium reference is specified by a set of candidate states reflecting this uncertainty. Under a generic geometric condition, we prove a no-go theorem that sharply limits athermality ``purification'': conversion from an uncertain athermality resource to a definite target is either trivial or impossible, with no room for tradeoff. We then introduce two complementary battery models: a clean battery with a precisely known equilibrium state and a dirty battery with an uncertain one. For both models, we derive exact one-shot entropic characterizations of work extraction and work of formation in terms of standard min- and max-relative entropies and new subspace-constrained variants. In the asymptotic regime, both models exhibit a strong form of thermodynamic irreversibility. In particular, we give a simple and explicit example in which, in the clean-battery model, work is required to form a state but no work can be extracted from it, in direct analogy with bound entanglement, whereas in the dirty-battery model, work can be extracted but formation requires infinite work cost. These phenomena persist even under arbitrarily small uncertainty, showing that equilibrium uncertainty is not a minor perturbation of the standard theory but a qualitatively new ingredient that reshapes the fundamental limits of thermodynamic resource interconversion.
• Abstract（参考訳）: 量子熱力学に対する資源理論のアプローチは、熱力学資源が定義される熱平衡の完全な知識を前提としている。 しかし実際には、この状態はハミルトニアン系と入浴温度によって決定されるが、どちらも完全に正確には分かっていない。 この不確実性を反映した候補状態の集合によって平衡基準が特定される枠組みを開発する。 一般的な幾何学的条件の下では、不確実な熱水性資源から定性的目標への変換は自明か不可能かのいずれかであり、トレードオフの余地はない。 次に、よく知られた平衡状態のクリーンバッテリと、不確実なバッテリの2つの相補的なバッテリモデルを紹介します。 どちらのモデルに対しても、作業抽出の正確な1ショットエントロピー特性と、標準のmin-およびmax-relativeエントロピーおよび新しい部分空間制約付き不変量の観点から構成作業が導出される。 漸近的な状態においては、どちらのモデルも強い熱力学的不可逆性を示す。 特に、クリーンバッテリモデルでは、作業は状態を形成する必要があるが、その状態から取り出すことはできないという単純な例を挙げる。 これらの現象は、任意に小さな不確実性の下でも持続し、平衡不確実性は標準理論の小さな摂動ではなく、熱力学的資源の相互変換の基本的な限界を想起させる定性的に新しい成分であることを示している。

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