論文の概要: A quantum thermal machine surpassing the classical thermodynamic limit on precision

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.37149v1
• Date: Tue, 29 Sep 2026 09:42:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-30 21:28:47.396778
• Title: A quantum thermal machine surpassing the classical thermodynamic limit on precision
• Title（参考訳）: 精度の古典的熱力学限界を超える量子熱機械
• Abstract要約: 定常量子輸送は、標準TURで許される精度を超えることができることを示す。 この結果から,エネルギーコストの低減にともなう高精度化を実現する量子熱デバイスの実現が期待できる。
• 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: Precision in nonequilibrium processes comes at a thermodynamic cost: suppressing fluctuations generally requires increased dissipation. Thermodynamic uncertainty relations (TURs) make this trade-off quantitative by linking current fluctuations to entropy production in classical stochastic dynamics. In the decade since its discovery, the canonical steady-state TUR and its finite-time generalizations have become a cornerstone of non-equilibrium thermodynamics, constraining the performance of molecular machines and allowing heat dissipation to be inferred from observable fluctuations. Whether the canonical TUR can be violated in a controlled quantum device remains an outstanding experimental question, in part because doing so requires resolving extremely small steady-state currents as well as their fluctuations. Here we experimentally show that steady-state quantum transport can surpass the precision permitted by the canonical TUR. We observe this violation in a superconducting quantum thermal machine coupled to a microwave waveguide acting as a cold bath and to a classical noise source providing an effective infinite-temperature bath. We observe a TUR ratio $Q = 1.71 \pm 0.17$, in violation of the classical bound $Q \geq 2$. Our results demonstrate a fundamental distinction between classical and quantum thermodynamics, paving the way for quantum thermal devices that achieve enhanced precision at reduced energy cost.
• Abstract（参考訳）: 非平衡過程の精密化には熱力学的コストが伴う。 熱力学的不確実性関係(TURs)は、古典確率力学において、電流ゆらぎとエントロピー生成をリンクすることで、このトレードオフを定量的にする。 発見から10年で、標準定常状態TURとその有限時間一般化は非平衡熱力学の基礎となり、分子機械の性能を制限し、観測可能なゆらぎから熱散逸を推定できるようになった。 制御された量子デバイスで標準のTURが破れるかどうかについては、非常に小さな定常電流と変動を解消する必要があるという理由から、優れた実験的な疑問が残る。 ここでは、定常量子輸送が標準TURで許される精度を超えることを実験的に示す。 本研究では, マイクロ波導波路を低温浴として作用するマイクロ波導波路と, 有効無限温度浴を提供する古典的ノイズ源に結合した超伝導量子熱機械において, この違反を観測する。 古典的有界な$Q \geq 2$に反する TUR 比 $Q = 1.71 \pm 0.17$ を観測する。 以上の結果から,古典的熱力学と量子熱力学の根本的な違いが示され,エネルギーコストの低減による高精度化を実現する量子熱デバイスへの道が開かれた。

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