論文の概要: Reliability of asymptotic work extraction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.06318v1
• Date: Thu, 04 Jun 2026 15:55:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-05 22:39:44.924213
• Title: Reliability of asymptotic work extraction
• Title（参考訳）: 漸近的作業抽出の信頼性
• Authors: Kaito Watanabe, Bartosz Regula, Marco Tomamichel, Ryuji Takagi,
• Abstract要約: ギブス保存操作の信頼性と熱操作の信頼性はペッツとレニイの相対エントロピーによってそれぞれ特徴付けられる。 エネルギー保存などの運用上の制約は、その速度から推定できるよりも、達成可能な量子タスクの精度に強い制限を課すことが明らかとなった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.499611180329804
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Extracting work from quantum states is a fundamental task in quantum thermodynamics. Previous studies have primarily focused on determining the best achievable rate of work extraction, and remarkably, this characterization appeared to remain unchanged regardless of the choice of allowed processes: whether one considers the operationally motivated class of energy-conserving thermal operations, or the axiomatic class of Gibbs-preserving operations, the optimal extractable work is given by the Helmholtz free energy. Here, we challenge this perspective, showing that a more refined analysis of the asymptotic performance of work extraction reveals significant differences in the performance for the two different classes of free operations. Precisely, we focus on the trade-off between the extraction rate and its reliability, characterized by the optimal asymptotic speed at which the extraction error can be suppressed. We establish that the reliability of Gibbs-preserving operations and of thermal operations are respectively characterized by the Petz and the sandwiched Rényi relative entropies, demonstrating that the former in general strictly outperforms the latter, and providing new interpretations of several information-theoretic divergences. Our analysis reveals that operational constraints such as energy conservation impose stronger limitations on the achievable precision of quantum tasks than can be inferred from their asymptotic rates, thereby questioning the use of Gibbs-preserving operations as a mathematically convenient substitute for the physically realizable thermal processes.
• Abstract（参考訳）: 量子状態から仕事を抽出することは、量子熱力学の基本的な課題である。 従来の研究は、最も達成可能な仕事の抽出率を決定することに重点を置いており、特に、この特徴は許容されるプロセスの選択にかかわらず変化しないように見える: エネルギー保存操作の操作動機のあるクラスやギブス保存操作の公理的なクラスを考えるにせよ、ヘルムホルツ自由エネルギーによって最適に抽出できる作業が与えられる。 ここでは,作業抽出の漸近的性能に関するより洗練された分析により,2つの異なるフリー操作のクラスにおける性能に有意な差があることが示される。 正確には,抽出速度と信頼性のトレードオフに着目し,抽出誤差を抑制する最適漸近速度を特徴とする。 我々は,ギブス保存操作の信頼性と熱操作の信頼性は,それぞれペッツとレニエ相対エントロピーによって特徴づけられ,前者は一般に後者よりも優れていることを示すとともに,情報理論的分岐の新たな解釈を提供する。 本研究は, エネルギー保全などの運用上の制約が, 量子タスクの達成可能な精度に強い制約を課していることを明らかにし, 物理実現可能な熱プロセスの数学的代替としてギブス保存操作を用いることを疑問視する。

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