Resursmotorer

Resursmotorer

Tidsstämpel: 10 januari 2024 8:23
Källnod: 3059485

Hanna Wojewódka-Ściążko1,2, Zbigniew Puchała2, och Kamil Korzekwa3

1Institute of Mathematics, University of Silesia i Katowice, Bankowa 14, 40-007 Katowice, Polen
2Institutet för teoretisk och tillämpad informatik, Polska vetenskapsakademin, Bałtycka 5, 44-100 Gliwice, Polen
3Fakulteten för fysik, astronomi och tillämpad datavetenskap, Jagiellonian University, 30-348 Kraków, Polen

Hitta det här uppsatsen intressant eller vill diskutera? Scite eller lämna en kommentar på SciRate.

Abstrakt

I denna artikel vill vi driva analogin mellan termodynamik och kvantresursteorier ett steg längre. Tidigare inspirationer baserades till övervägande del på termodynamiska överväganden om scenarier med ett enda värmebad, vilket försummar en viktig del av termodynamiken som studerar värmemotorer som arbetar mellan två bad vid olika temperaturer. Här undersöker vi prestandan hos resursmotorer, som ersätter tillgången till två värmebad vid olika temperaturer med två godtyckliga begränsningar för tillståndstransformationer. Tanken är att imitera funktionen hos en tvåtaktsvärmemotor, där systemet skickas till två agenter (Alice och Bob) i tur och ordning, och de kan omvandla det med sina begränsade uppsättningar av fria operationer. Vi tar upp och tar upp flera frågor, inklusive huruvida en resursmotor kan generera en fullständig uppsättning kvantoperationer eller alla möjliga tillståndstransformationer, och hur många slag som behövs för det. Vi förklarar också hur resursmotorbilden ger ett naturligt sätt att sammansmälta två eller flera resursteorier, och vi diskuterar i detalj fusionen av två resursteorier om termodynamik med två olika temperaturer och två resursteorier om koherens med avseende på två olika baser .

► BibTeX-data

► Referenser

[1] Paul CW Davies. "Svarta håls termodynamik". Rep. Prog. Phys. 41, 1313 (1978).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0034-4885/​41/​8/​004

[2] Daniel M Zuckerman. "Statistisk fysik av biomolekyler: En introduktion". CRC Tryck. (2010).
https: / / doi.org/ 10.1201 / b18849

[3] Evgenii Mikhailovich Lifshitz och Lev Petrovich Pitaevskii. "Statistisk fysik: Teorin om det kondenserade tillståndet". Volym 9. Elsevier. (1980).
https://​/​doi.org/​10.1016/​C2009-0-24308-X

[4] Charles H Bennett. "Beräkningens termodynamik - en recension". Int. J. Theor. Phys. 21, 905-940 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02084158

[5] Robin Giles. "Matematiska grunder för termodynamiken". Pergamon Press. (1964).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​C2013-0-05320-0

[6] Eric Chitambar och Gilad Gour. "Quantum resursteorier". Rev. Mod. Phys. 91, 025001 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.91.025001

[7] Ryszard Horodecki, Paweł Horodecki, Michał Horodecki och Karol Horodecki. "Kvantsammanflätning". Rev. Mod. Phys. 81, 865–942 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.865

[8] T. Baumgratz, M. Cramer och M.B. Plenio. "Kvantifiera koherens". Phys. Rev. Lett. 113, 140401 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.140401

[9] I. Marvian. "Symmetri, asymmetri och kvantinformation". Doktorsavhandling. University of Waterloo. (2012). URL: https://​/​uwspace.uwaterloo.ca/​handle/​10012/​7088.
https://uwspace.uwaterloo.ca/ handtag/10012/7088

[10] Victor Veitch, SA Hamed Mousavian, Daniel Gottesman och Joseph Emerson. "Resursteorin för stabilisatorkvantberäkning". New J. Phys. 16, 013009 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​1/​013009

[11] Charles H Bennett, Herbert J Bernstein, Sandu Popescu och Benjamin Schumacher. "Koncentrera partiell intrassling av lokala verksamheter". Phys. Rev. A 53, 2046 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.53.2046

[12] SJ van Enk. "Kvantifiera resursen för att dela en referensram". Phys. Rev. A 71, 032339 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.032339

[13] Eric Chitambar och Min-Hsiu Hsieh. "Relaterar resursteorierna om intrassling och kvantkoherens". Phys. Rev. Lett. 117, 020402 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.117.020402

[14] Daniel Jonathan och Martin B Plenio. "Entanglement-assisterad lokal manipulation av rena kvanttillstånd". Phys. Rev. Lett. 83, 3566 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.83.3566

[15] Kaifeng Bu, Uttam Singh och Junde Wu. "Katalytiska koherenstransformationer". Phys. Rev. A 93, 042326 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.042326

[16] Michał Horodecki, Jonathan Oppenheim och Ryszard Horodecki. "Är lagarna för intrasslingsteorin termodynamiska?". Phys. Rev. Lett. 89, 240403 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.89.240403

[17] Tomáš Gonda och Robert W Spekkens. "Monotone i allmänna resursteorier". Compositionality 5 (2023).
https: / / doi.org/ 10.32408 / kompositionalitet-5-7

[18] Fernando GSL Brandao och Martin B Plenio. "Entanglement teori och termodynamikens andra lag". Nat. Phys. 4, 873–877 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1100

[19] Wataru Kumagai och Masahito Hayashi. "Intrasslingskoncentration är irreversibel". Phys. Rev. Lett. 111, 130407 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.130407

[20] Kamil Korzekwa, Christopher T Chubb och Marco Tomamichel. "Undvika irreversibilitet: Tekniska resonanskonverteringar av kvantresurser". Phys. Rev. Lett. 122, 110403 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.110403

[21] Ludovico Lami och Bartosz Regula. "Ingen andra lag för intrasslingsmanipulation trots allt". Nat. Phys. 19, 184–189 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-022-01873-9

[22] Nelly Huei Ying Ng, Mischa Prebin Woods och Stephanie Wehner. "Överträffa Carnot-effektiviteten genom att utvinna ofullkomligt arbete". New J. Phys. 19, 113005 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aa8ced

[23] Hiroyasu Tajima och Masahito Hayashi. "Finite-size effekt på optimal effektivitet hos värmemotorer". Phys. Rev. E 96, 012128 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.96.012128

[24] Mohit Lal Bera, Maciej Lewenstein och Manabendra Nath Bera. "Att uppnå Carnot-effektivitet med värmemotorer i kvant- och nanoskala". Npj Quantum Inf. 7 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-021-00366-6

[25] Friedemann Tonner och Günter Mahler. "Autonoma kvanttermodynamiska maskiner". Phys. Rev. E 72, 066118 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.72.066118

[26] Mark T Mitchison. "Quantum termisk absorptionsmaskiner: Kylskåp, motorer och klockor". Contemp. Phys. 60, 164–187 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107514.2019.1631555

[27] M. Lostaglio, D. Jennings och T. Rudolph. "Beskrivning av kvantkoherens i termodynamiska processer kräver begränsningar bortom fri energi". Nat. Commun. 6, 6383 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7383

[28] M. Horodecki och J. Oppenheim. "Fundamentala begränsningar för termodynamik i kvant- och nanoskala". Nat. Commun. 4, 2059 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms3059

[29] D. Janzing, P. Wocjan, R. Zeier, R. Geiss och Th. Beth. "Termodynamisk kostnad för tillförlitlighet och låga temperaturer: skärpning av Landauers princip och den andra lagen". Int. J. Theor. Phys. 39, 2717–2753 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1023 / A: 1026422630734

[30] E. Ruch, R. Schranner och T.H. Seligman. "Generalisering av ett teorem av Hardy, Littlewood och Pólya". J. Math. Anal. Appl. 76, 222-229 (1980).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0022-247X(80)90075-X

[31] Matteo Lostaglio, David Jennings och Terry Rudolph. "Termodynamiska resursteorier, principer om icke-kommutativitet och maximal entropi". New J. Phys. 19, 043008 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aa617f

[32] Matteo Lostaglio, Álvaro M Alhambra och Christopher Perry. "Elementära termiska operationer". Quantum 2, 52 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-02-08-52

[33] J. Åberg. "Kvantifiera superposition" (2006). arXiv:quant-ph/​0612146.
arXiv: kvant-ph / 0612146

[34] Alexander Streltsov, Gerardo Adesso och Martin B Plenio. "Colloquium: Quantum coherence as a resurs". Rev. Mod. Phys. 89, 041003 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.89.041003

[35] Viswanath Ramakrishna, Kathryn L. Flores, Herschel Rabitz och Raimund J. Ober. "Kvantkontroll genom nedbrytningar av SU(2)". Phys. Rev. A 62, 053409 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.62.053409

[36] Seth Lloyd. "Nästan alla kvantlogiska portar är universella". Phys. Rev. Lett. 75, 346 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.75.346

[37] Nik Weaver. "Om universaliteten hos nästan varje kvantlogikport". J. Math. Phys. 41, 240–243 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.533131

[38] F. Lowenthal. "Enhetlig ändlig generering av rotationsgruppen". Rocky Mt. J. Math. 1, 575-586 (1971).
https:/​/​doi.org/​10.1216/​RMJ-1971-1-4-575

[39] F. Lowenthal. "Uniform finit generation av SU(2) och SL(2, R)". Kanada. J. Math. 24, 713-727 (1972).
https://​/​doi.org/​10.4153/​CJM-1972-067-x

[40] M. Hamada. "Minsta antal rotationer kring två axlar för att konstruera en godtyckligt fixerad rotation". R. Soc. Öppna Sci. 1 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rsos.140145

[41] K. Korzekwa, D. Jennings och T. Rudolph. "Operationella begränsningar för tillståndsberoende formuleringar av kvantfel-störningsavvägningsrelationer". Phys. Rev. A 89, 052108 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.052108

[42] Martin Idel och Michael M. Wolf. "Sinkhorn normal form för enhetliga matriser". Linjär Algebra Appl. 471, 76–84 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.laa.2014.12.031

[43] Z. Puchała, Ł. Rudnicki, K. Chabuda, M. Paraniak och K. Życzkowski. "Säkerhetsrelationer, ömsesidig förveckling och oförskjutbara mångfalder". Phys. Rev. A 92, 032109 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.032109

[44] Z.I. Borevich och S.L. Krupetskij. "Undergrupper av den enhetliga gruppen som innehåller gruppen av diagonala matriser". J. Sov. Matematik. 17, 1718-1730 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01465451

[45] M. Schmid, R. Steinwandt, J. Müller-Quade, M. Rötteler och T. Beth. "Dekomponera en matris i cirkulerande och diagonala faktorer". Linjär Algebra Appl. 306, 131–143 (2000).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0024-3795(99)00250-5

[46] O. Häggström. "Ändliga Markov-kedjor och algoritmiska tillämpningar". London Mathematical Society Studenttexter. Cambridge University Press. (2002).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511613586

[47] Víctor López Pastor, Jeff Lundeen och Florian Marquardt. "Godtycklig optisk vågutveckling med Fourier-transformer och fasmasker". Välja. Express 29, 38441–38450 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.432787

[48] Marko Huhtanen och Allan Perämäki. "Faktorera matriser till produkten av cirkulerande och diagonala matriser". J. Fourier Anal. Appl. 21, 1018–1033 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00041-015-9395-0

[49] Carlo Sparaciari, Lídia Del Rio, Carlo Maria Scandolo, Philippe Faist och Jonathan Oppenheim. "Den första lagen för allmänna kvantresursteorier". Quantum 4, 259 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-30-259

[50] Ryuji Takagi och Bartosz Regula. "Allmänna resursteorier inom kvantmekanik och därefter: Operationell karakterisering via diskrimineringsuppgifter". Phys. Rev. X 9, 031053 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.9.031053

[51] Roy Araiza, Yidong Chen, Marius Junge och Peixue Wu. "Resursberoende komplexitet av kvantkanaler" (2023). arXiv:2303.11304.
arXiv: 2303.11304

[52] Luciano Pereira, Alejandro Rojas, Gustavo Cañas, Gustavo Lima, Aldo Delgado och Adán Cabello. "Minsta optiska djup multi-port interferometrar för att approximera alla enhetliga transformationer och alla rent tillstånd" (2020). arXiv:2002.01371.
arXiv: 2002.01371

[53] Bryan Eastin och Emanuel Knill. "Restriktioner för transversellt kodade kvantgrinduppsättningar". Phys. Rev. Lett. 102, 110502 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.110502

[54] Jonas T Anderson, Guillaume Duclos-Cianci och David Poulin. "Feltålig konvertering mellan Steane och Reed-Muller kvantkoder". Phys. Rev. Lett. 113, 080501 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.080501

[55] Tomas Jochym-O’Connor och Raymond Laflamme. "Att använda sammanlänkade kvantkoder för universella feltoleranta kvantportar". Phys. Rev. Lett. 112, 010505 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.010505

[56] Antonio Acín, J Ignacio Cirac och Maciej Lewenstein. "Entanglement percolation in quantum networks". Nat. Phys. 3, 256–259 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys549

[57] H Jeff Kimble. "Kvantuminternet". Nature 453, 1023–1030 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature07127

[58] Sébastien Perseguers, GJ Lapeyre, D Cavalcanti, M Lewenstein och A Acín. "Fördelning av intrassling i storskaliga kvantnätverk". Rep. Prog. Phys. 76, 096001 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0034-4885/​76/​9/​096001

[59] C.-H. Cho. "Holomorfa skivor, spinnstrukturer och Floer cohomology of the Clifford torus". Int. Matematik. Res. Notiser 2004, 1803–1843 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1155 / S1073792804132716

[60] S.A. Marcon. "Markov-kedjor: En grafteoretisk metod". Magisteruppsats. University of Johannesburg. (2012). URL: https://​/​ujcontent.uj.ac.za/​esploro/​outputs/​999849107691.
https://​/​ujcontent.uj.ac.za/​esploro/​outputs/​999849107691

Citerad av

[1] Kohdai Kuroiwa, Ryuji Takagi, Gerardo Adesso och Hayata Yamasaki, "Robustitets- och viktresursmått utan konvexitetsbegränsning: Flerkopiavittne och operativ fördel i statiska och dynamiska kvantresursteorier", arXiv: 2310.09321, (2023).

[2] Kohdai Kuroiwa, Ryuji Takagi, Gerardo Adesso och Hayata Yamasaki, "Varje kvantum hjälper: Operativ fördel med kvantresurser bortom konvexitet", arXiv: 2310.09154, (2023).

[3] Gökhan Torun, Onur Pusuluk och Özgür E. Müstecaplıoğlu, "A Compendious Review of Majorization-Based Resource Theories: Quantum Information and Quantum Thermodynamics", arXiv: 2306.11513, (2023).

Ovanstående citat är från SAO / NASA ADS (senast uppdaterad framgångsrikt 2024-01-13 02:14:15). Listan kan vara ofullständig eftersom inte alla utgivare tillhandahåller lämpliga och fullständiga citatdata.

On Crossrefs citerade service Inga uppgifter om citerande verk hittades (sista försök 2024-01-13 02:14:14).

Detta papper publiceras i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Upphovsrätten kvarstår med de ursprungliga upphovsrättsinnehavarna som författarna eller deras institutioner.

Tidsstämpel:

Mer från Quantum Journal