論文の概要: Limitations on Joint Coherence Transfer in Quantum Thermodynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.11872v1
- Date: Wed, 12 Aug 2026 09:56:47 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-13 19:07:54.548539
- Title: Limitations on Joint Coherence Transfer in Quantum Thermodynamics
- Title（参考訳）: 量子熱力学における結合コヒーレンス移動の限界
- Abstract要約: 異なるエネルギーレベルのコヒーレンスは熱力学によって強く制約される。
別々に検討した場合に最適となるコヒーレンス転送は, 1つの物理熱力学過程と互換性がないことを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Coherences between different energy levels are strongly constrained by thermodynamics. Here we ask a related question: if several coherence transfers can be optimized separately, can they also be optimized simultaneously by the same thermodynamic process? We show that this is in general a compatibility problem. Using an energy-resolved Stinespring representation of thermal operations, we express elementary coherence-transfer amplitudes as inner products of bath-weighted vectors associated with total-energy shells. Saturation of the corresponding Cauchy--Schwarz bounds requires these vectors to be collinear. Since all transfers have to arise from the same energy-preserving system--bath unitary, such saturation conditions cannot in general be imposed independently. Trace and Gibbs preservation lead to additional phase-closure conditions and to polygon inequalities that can rule out simultaneous saturation for fixed population-transfer data. We complement these analytic results with a rigorous computer-assisted semidefinite-program analysis. For the mixed-degenerate Hamiltonian $H=\operatorname{diag}(0,1,1,3)$, machine-certified primal and dual bounds show that no covariant Gibbs-preserving channel can simultaneously attain three individually optimal directional coherence transfers. Since every thermal operation is covariant and Gibbs preserving, the same triple of optimal values cannot be attained by a thermal operation. We further relate this incompatibility to range-inclusion constraints in Choi-sector Gram matrices for mixed-degenerate energy levels. Our results show that coherence transfers which are optimal when considered separately need not be compatible with one physical thermodynamic process. A full characterization of this incompatibility directly within thermal operations remains open.
- Abstract（参考訳）: 異なるエネルギーレベルのコヒーレンスは熱力学によって強く制約される。
ここで、関連する疑問として、複数のコヒーレンス転送を個別に最適化できるなら、同じ熱力学プロセスで同時に最適化できるだろうか?
これは一般に互換性の問題である。
熱操作のエネルギー分解されたスタインスプリング表現を用いて, 総エネルギー殻に付随する入浴重みベクトルの内部積として, 基本コヒーレンス・トランスファー振幅を表現した。
対応するコーシー-シュワルツ境界の飽和は、これらのベクトルをコリニアでなければならない。
すべての転送は、同じエネルギー保存系から発生しなければならない-ベースユニタリであるため、そのような飽和条件は一般に独立に課すことはできない。
トレーとギブス保存は、固定された人口移動データに対する同時飽和を排除できる相閉鎖条件と多角形不等式をもたらす。
これらの解析結果を,厳密なコンピュータ支援半有限プログラム解析で補完する。
混合縮退ハミルトニアン $H=\operatorname{diag}(0,1,1,3)$ に対して、機械認証された原始と双対境界は、共変ギブス保存チャネルが同時に3つの最適方向コヒーレンス変換を達成できないことを示す。
全ての熱操作は共変であり、ギブスは保存するので、最適値の同じ3倍の3倍は熱操作では達成できない。
さらに、混合縮退エネルギー準位に対するChoi-sector Gram行列における範囲内包制約に対するこの非可逆性について述べる。
以上の結果から, 別々に検討した場合に最適となるコヒーレンス転送は, 1つの物理的熱力学過程と相容れないことが示唆された。
この不整合性の完全な特徴は、熱操作内での直接的に明らかである。
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