論文の概要: Work Extraction Across a Thermodynamic Hierarchy in Quantum Many-Body Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.31001v1
• Date: Mon, 31 Aug 2026 15:52:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-01 18:31:31.4909
• Title: Work Extraction Across a Thermodynamic Hierarchy in Quantum Many-Body Systems
• Title（参考訳）: 量子多体系における熱力学階層全体の作業抽出
• Abstract要約: 分離された量子多体状態は観測可能な熱力学的階層構造を持ち、操作が許されることを示す。 結果として得られる仕事の利得は、2つのレベルのエントロピー密度の違いによって制限される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.941630596191806
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Thermodynamics is operational in the sense that the very concept of thermal equilibrium depends crucially on the choice of observables, while the amount of extractable work is defined relative to the allowed operations. Here we show that isolated quantum many-body states admit a thermodynamic hierarchical structure of observables and allowed operations, where the same state can be thermal at one level of the hierarchy and athermal at another. Enlarging the set of allowed operations therefore renders such hidden athermality a potential resource for work extraction; the resulting work gain is bounded in terms of the difference between the entropy densities of the two levels. This entropy difference takes the form of the mutual-information density. We establish the bounds for three extensions of operational access: increased spatial resolution, increased duration of control, and nonlocal connectivity, which provide access to position-state Holevo information, correlations between neighboring regions and spatially nonlocal correlations, respectively. Thus the difference between entropies at different levels of the thermodynamic hierarchy governs the bound on the work gain associated with moving to a less restricted level.
• Abstract（参考訳）: 熱力学は、熱平衡の概念が観測可能なものの選択に大きく依存するという意味で運用されており、抽出可能な作業の量は許容された操作に対して定義される。 ここでは、分離された量子多体状態は、観測可能物質の熱力学的階層構造を持ち、同じ状態が階層の1つのレベルで熱的になり、別のレベルで熱的になることを可能にする。 したがって、許容される操作の集合を拡大すると、そのような隠された熱水性は仕事の抽出の潜在的な資源となり、2つのレベルのエントロピー密度の差から得られる仕事の利得は境界づけられる。 このエントロピー差は、相互情報密度の形を取る。 本研究では, 空間分解能の向上, 制御時間の増大, 非局所接続性, 位置状態のホレボ情報へのアクセス, 隣接領域間の相関, 空間的非局所相関の3つの機能拡張のバウンダリを確立する。 したがって、熱力学階層の異なるレベルにおけるエントロピーの差は、より制限の少ないレベルへの移動に伴う作業利得のバウンドを支配している。

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