論文の概要: On Identification of Heat and Work in Quantum Many-Body Systems with Local Operations and Classical Communication

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.00993v1
• Date: Sun, 02 Aug 2026 04:42:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-04 15:07:25.047483
• Title: On Identification of Heat and Work in Quantum Many-Body Systems with Local Operations and Classical Communication
• Title（参考訳）: 局所演算と古典通信を用いた量子多体系の熱と仕事の同定について
• Authors: Hiroaki Matsueda,
• Abstract要約: 熱と働きをどうやって識別するかは、現代の量子熱力学における根本的な問題である。 局所的な演算と古典的な通信によってエネルギーを抽出する量子多体系を考える。 熱と働きを曖昧に定義する中心的な考え方は、LOCCの最適化条件に関する鋭い洞察に基づいている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: How we identify heat and work is a fundamental question in modern quantum thermodynamics. Usually, heat and work are attributed to changes in the density matrix and the Hamiltonian, respectively, during time-evolution processes in quantum systems. Recently, it has been recognized that this identification is ambiguous. Furthermore, quantum thermodynamics involving quantum measurement is still under development. Motivated by these on-going works, we consider a quantum many-body system from which we extract energy by local operations and classical communication (LOCC) according to the quantum energy teleportation (QET) protocol. The central idea to define heat and work unambiguously is based on a sharp insight into the optimization condition of LOCC. When LOCC is optimized, the extractable energy by QET becomes a daemonic ergotropy; thus, it can be attributed as work. On the other hand, when LOCC is not optimized, we have not squeezed out all the energy with the unitary operation. It means there is uncontrollable energy left in the system. The uncontrollable energy can be attributed as heat after careful treatment of many-body interactions. The heat term consists of nonlocal correlation due to communication between remote participants, and the correlation cannot be directly observed for the participant in the subsystem. Thus, this feature is consistent with the traditional perspective of heat as an uncontrollable energy. To deeply understand the nature of heat, we derive two types of generalized Clausius inequality in our effective quantum thermodynamics, and discuss the direction of the inequality. To justify our perspective, we examine a one-dimensional Kitaev-like model and discuss the physical meaning of effective temperature in our thermodynamics.
• Abstract（参考訳）: 熱と働きをどうやって識別するかは、現代の量子熱力学における根本的な問題である。 通常、熱と仕事は、量子系の時間進化過程において密度行列とハミルトン行列の変化に起因する。 近年,この同定は曖昧であることが確認されている。 さらに、量子計測を含む量子熱力学は現在も開発中である。 量子エネルギーテレポーテーション(QET)プロトコルにより、局所的な演算と古典的通信(LOCC)によってエネルギーを抽出する量子多体システムについて検討する。 熱と働きを曖昧に定義する中心的な考え方は、LOCCの最適化条件に関する鋭い洞察に基づいている。 LOCCが最適化されると、QETによる抽出可能なエネルギーはデーモン的エルゴトロピーとなるので、これは仕事とみなすことができる。 一方,LOCCが最適化されていない場合,単元演算による全エネルギーの削減は行われていない。 システムには制御不能なエネルギーが残っていることを意味する。 制御不能なエネルギーは、多体相互作用を慎重に処理した後の熱とみなすことができる。 熱項は、遠隔参加者間の通信による非局所的相関から成り、その相関はサブシステム内の参加者に対して直接観察できない。 したがって、この特徴は制御不能エネルギーとしての伝統的な熱の観点と一致している。 熱の性質を深く理解するために、有効な量子熱力学において一般化されたクラウシウスの不等式を導出し、不等式の方向性について議論する。 そこで本研究では, 熱力学における有効温度の物理的意義を考察し, 一次元北エフ様モデルについて考察する。

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