論文の概要: Energetics in daemonic work extraction protocols via non-ideal QND-energy measurement

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.20487v1
• Date: Thu, 20 Aug 2026 18:18:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-24 14:49:32.15459
• Title: Energetics in daemonic work extraction protocols via non-ideal QND-energy measurement
• Title（参考訳）: 非理想QNDエネルギー測定によるデーモン作業抽出プロトコルのエネルギー
• Abstract要約: 量子非破壊(QND)エネルギー測定を補助する量子システムからの作業抽出の問題に対処する。 抽出プロトコルで熱浴へのアクセスが許可された場合, 補助浴の任意の温度に対して, デーモンネットゲインが常に非陽性であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6524460254566904
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We address the problem of extracting work from a quantum system assisted by a quantum non-demolition (QND) energy measurement. When a perfect QND measurement can be performed and an auxiliary zero-temperature bath is available, the full energy of the quantum state can in principle be extracted even without any prior information on the input state. Owing to the presence of a zero-temperature bath, this is achieved at no energetic cost for the measurement process itself. On the contrary, here we consider what happens when the same protocol is implemented in non-ideal scenarios, specifically when the auxiliary bath has a finite temperature. In this case, not only is it impossible to extract the entire energy from the system, but the measurement strategy also acquires a non-zero energetic cost, accounting for both the interaction between system and measurement apparatus, and the corresponding Landauer erasure cost. We quantitatively assess the performance of these work-extraction protocols, both in absolute terms and through the so-called daemonic net gain, which explicitly includes the energetic cost of the measurement. We rigorously prove that, when access to a thermal bath is allowed in the extraction protocol, the daemonic net gain is always non-positive for any temperature of the auxiliary bath. Conversely, when only unitary operations are considered, the daemonic net gain can attain positive values. We further discuss these different figures of merit by analyzing a paradigmatic example for a single qubit system.
• Abstract（参考訳）: 量子非破壊(QND)エネルギー測定を補助する量子システムからの作業抽出の問題に対処する。 完全QND測定を行い、補助的な零温度浴が利用可能である場合には、入力状態に関する事前情報も必要とせず、原理的に量子状態の全エネルギーを抽出することができる。 ゼロ温度浴の存在により、測定プロセス自体にエネルギーコストがかからない。 それとは対照的に、同じプロトコルが非理想的なシナリオで実装された場合、特に補助浴が有限温度である場合、何が起こるかを考える。 この場合、システムから全エネルギーを抽出することは不可能であるが、測定戦略は、システムと測定装置の相互作用と対応するランダウアー消去コストの両方を考慮して、非ゼロエネルギーコストも獲得する。 絶対的条件といわゆるデーモンネットゲインを用いて,これらの作業抽出プロトコルの性能を定量的に評価する。 抽出プロトコルにおいて、熱浴へのアクセスが許可されると、補助浴の任意の温度に対してデーモン純利得が常に非陽性となることを厳密に証明する。 逆に、ユニタリ演算のみを考えると、デーモンネットゲインは正の値が得られる。 さらに、一つの量子ビット系のパラダイム的な例を分析することで、これらの異なるメリットの図形についても論じる。

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