Ресурсные двигатели

Ресурсные двигатели

Отметка времени: 10 января 2024 г., 8:23
Ресурсные механизмы PlatoBlockchain Data Intelligence. Вертикальный поиск. Ай.

Ханна Воеводка-Сценжко1,2, Збигнев Пухала2и Камил Корзеква3

1Институт математики Силезского университета в Катовице, Bankowa 14, 40-007 Катовице, Польша
2Институт теоретической и прикладной информатики Польской академии наук, Bałtycka 5, 44-100 Gliwice, Польша
3Факультет физики, астрономии и прикладной информатики, Ягеллонский университет, 30-348 Краков, Польша

Находите эту статью интересной или хотите обсудить? Scite или оставить комментарий на SciRate.

Абстрактные

В этой статье мы стремимся продвинуть аналогию между термодинамикой и теориями квантовых ресурсов еще на шаг дальше. Предыдущие идеи были основаны преимущественно на термодинамических соображениях, касающихся сценариев с одной тепловой баней, при этом игнорировалась важная часть термодинамики, которая изучает тепловые двигатели, работающие между двумя ваннами при разных температурах. Здесь мы исследуем производительность ресурсных двигателей, которые заменяют доступ к двум тепловым баням с разными температурами двумя произвольными ограничениями на преобразования состояний. Идея состоит в том, чтобы имитировать действие двухтактной тепловой машины, где система поочередно передается двум агентам (Алисе и Бобу), и они могут трансформировать ее, используя свои ограниченные наборы свободных операций. Мы поднимаем и решаем несколько вопросов, в том числе, может ли ресурсный движок генерировать полный набор квантовых операций или все возможные преобразования состояний, и сколько тактов для этого необходимо. Мы также объясняем, как картина ресурсного двигателя обеспечивает естественный способ объединения двух или более теорий ресурсов, и подробно обсуждаем объединение двух ресурсных теорий термодинамики с двумя разными температурами и двух ресурсных теорий когерентности относительно двух разных базисов. .

► Данные BibTeX

► Рекомендации

[1] Пол К.В. Дэвис. «Термодинамика черных дыр». Реп. прог. Физ. 41, 1313 (1978).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0034-4885/​41/​8/​004

[2] Дэниел М. Цукерман. «Статистическая физика биомолекул: Введение». ЦРК Пресс. (2010).
https: / / doi.org/ 10.1201 / b18849

[3] Евгений Михайлович Лифшиц и Лев Петрович Питаевский. «Статистическая физика: Теория конденсированного состояния». Том 9. Эльзевир. (1980).
https://doi.org/10.1016/C2009-0-24308-X

[4] Чарльз Х. Беннетт. «Термодинамика вычислений — обзор». Межд. Дж. Теория. Физ. 21, 905–940 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02084158

[5] Робин Джайлс. «Математические основы термодинамики». Пергамон Пресс. (1964).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​C2013-0-05320-0

[6] Эрик Читамбар и Гилад Гур. «Квантовые теории ресурсов». Преподобный Мод. Физ. 91, 025001 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.91.025001

[7] Рышард Городецкий, Павел Городецкий, Михал Городецкий и Кароль Городецкий. «Квантовая запутанность». Преподобный Мод. физ. 81, 865–942 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.865

[8] Т. Баумграц, М. Крамер и М. Б. Пленио. «Количественная согласованность». Физ. Преподобный Летт. 113, 140401 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.140401

[9] И. Марвиан. «Симметрия, асимметрия и квантовая информация». Кандидатская диссертация. Университет Ватерлоо. (2012). URL: https://uwspace.uwaterloo.ca/handle/10012/7088.
https: // uwspace.uwaterloo.ca/ handle / 10012/7088

[10] Виктор Вейч, С.А. Хамед Мусавиан, Дэниел Готтесман и Джозеф Эмерсон. «Теория ресурсов стабилизатора квантовых вычислений». Нью Дж. Физ. 16, 013009 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​1/​013009

[11] Чарльз Х. Беннетт, Герберт Дж. Бернштейн, Санду Попеску и Бенджамин Шумахер. «Концентрация частичного запутывания локальными операциями». Физ. Ред. А 53, 2046 г. (1996 г.).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.53.2046

[12] С. Дж. ван Энк. «Количественная оценка ресурса совместного использования системы отсчета». Физ. Ред. А 71, 032339 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.032339

[13] Эрик Читамбар и Мин-Сю Се. «Связь ресурсных теорий запутанности и квантовой когерентности». Физ. Преподобный Летт. 117, 020402 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.117.020402

[14] Дэниел Джонатан и Мартин Б. Пленио. «Локальное манипулирование чистыми квантовыми состояниями с помощью запутанности». Физ. Преподобный Летт. 83, 3566 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.83.3566

[15] Кайфэн Бу, Уттам Сингх и Джунде Ву. «Каталитические когерентные преобразования». Физ. Ред. А 93, 042326 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.042326

[16] Михал Городецкий, Джонатан Оппенгейм и Рышард Городецкий. «Являются ли законы теории запутанности термодинамическими?». Физ. Преподобный Летт. 89, 240403 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.89.240403

[17] Томаш Гонда и Роберт В. Спеккенс. «Монотоны в общих теориях ресурсов». Композиционность 5 (2023).
https: / / doi.org/ 10.32408 / композиция-5-7

[18] Фернандо ГСЛ Брандао и Мартин Б. Пленио. «Теория запутанности и второй закон термодинамики». Нат. Физ. 4, 873–877 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1100

[19] Ватару Кумагай и Масахито Хаяси. «Концентрация запутанности необратима». Физ. Преподобный Летт. 111, 130407 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.130407

[20] Камил Корзеква, Кристофер Т. Чабб и Марко Томамичел. «Как избежать необратимости: инженерные резонансные преобразования квантовых ресурсов». Физ. Преподобный Летт. 122, 110403 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.110403

[21] Людовико Лами и Бартош Регула. «В конце концов, второго закона манипулирования запутанностью не существует». Нат. Физ. 19, 184–189 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-022-01873-9

[22] Нелли Хуэй Ин Нг, Миша Пребин Вудс и Стефани Венер. «Превосходство эффективности Карно за счет извлечения несовершенной работы». Нью Дж. Физ. 19, 113005 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aa8ced

[23] Хироясу Тадзима и Масахито Хаяси. «Влияние конечных размеров на оптимальный КПД тепловых двигателей». Физ. Ред. Е 96, 012128 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.96.012128

[24] Мохит Лал Бера, Мачей Левенштейн и Манабендра Нат Бера. «Достижение эффективности Карно с помощью квантовых и наноразмерных тепловых двигателей». Npj Квантовая инф. 7 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-021-00366-6

[25] Фридеман Тоннер и Гюнтер Малер. «Автономные квантовые термодинамические машины». Физ. Ред. Е 72, 066118 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.72.066118

[26] Марк Т. Митчисон. «Квантовые термоабсорбционные машины: холодильники, двигатели и часы». Созерцание Физ. 60, 164–187 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107514.2019.1631555

[27] М. Лостальо, Д. Дженнингс и Т. Рудольф. «Описание квантовой когерентности в термодинамических процессах требует ограничений, выходящих за рамки свободной энергии». Нат. Коммун. 6, 6383 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7383

[28] М. Городецкий и Я. Оппенгейм. «Фундаментальные ограничения квантовой и наноразмерной термодинамики». Нат. Коммун. 4, 2059 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms3059

[29] Д. Янцинг, П. Воцян, Р. Зейер, Р. Гейсс и Т. Бет. «Термодинамическая цена надежности и низкие температуры: ужесточение принципа Ландауэра и второго закона». Межд. Дж. Теория. Физ. 39, 2717–2753 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1023 / A: 1026422630734

[30] Э. Рух, Р. Шраннер и Т.Х. Селигман. «Обобщение теоремы Харди, Литтлвуда и Полиа». Дж. Математика. Анальный. Прил. 76, 222–229 (1980).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0022-247X(80)90075-X

[31] Маттео Лостальо, Дэвид Дженнингс и Терри Рудольф. «Термодинамические теории ресурсов, некоммутативность и принципы максимальной энтропии». Нью Дж. Физ. 19, 043008 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aa617f

[32] Маттео Лостальо, Альваро М. Альгамбра и Кристофер Перри. «Элементарные тепловые операции». Квант 2, 52 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-02-08-52

[33] Дж. Оберг. «Количественная суперпозиция» (2006). arXiv:quant-ph/​0612146.
Arxiv: колич-фот / 0612146

[34] Александр Стрельцов, Херардо Адессо и Мартин Б. Пленио. «Коллоквиум: Квантовая когерентность как ресурс». Преподобный Мод. Физ. 89, 041003 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.89.041003

[35] Вишванат Рамакришна, Кэтрин Л. Флорес, Гершель Рабиц и Раймунд Дж. Обер. «Квантовое управление путем разложения SU(2)». Физ. Ред. А 62, 053409 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.62.053409

[36] Сет Ллойд. «Почти любой квантовый логический элемент универсален». Физ. Преподобный Летт. 75, 346 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.75.346

[37] Ник Уивер. «Об универсальности почти каждого квантового логического элемента». Дж. Математика. Физ. 41, 240–243 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.533131

[38] Ф. Ловенталь. «Равномерное конечное порождение группы вращений». Рокки Маунт-Джей Математика. 1, 575–586 (1971).
https:/​/​doi.org/​10.1216/​RMJ-1971-1-4-575

[39] Ф. Ловенталь. «Равномерное конечное порождение SU(2) и SL(2, R)». Канада. Дж. Математика. 24, 713–727 (1972).
https://doi.org/10.4153/CJM-1972-067-x

[40] М. Хамада. «Минимальное число поворотов вокруг двух осей для построения произвольно фиксированного вращения». Р. Сок. Открытая наука. 1 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rsos.140145

[41] К. Корзеква, Д. Дженнингс и Т. Рудольф. «Операционные ограничения на зависящие от состояния формулировки квантовых компромиссных соотношений ошибки и возмущения». Физ. Ред. А 89, 052108 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.052108

[42] Мартин Идель и Майкл М. Вольф. «Нормальная форма Синкхорна для унитарных матриц». Прикладная линейная алгебра. 471, 76–84 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.laa.2014.12.031

[43] З. Пухала, Л. Рудницкий, К. Чабуда, М. Параньяк и К. Жичковский. «Отношения определенности, взаимная запутанность и несмещаемые многообразия». Физ. Ред. А 92, 032109 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.032109

[44] З.И. Боревич и С.Л. Крупецкий. «Подгруппы унитарной группы, содержащие группу диагональных матриц». Ж. Сов. Математика. 17, 1718–1730 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01465451

[45] М. Шмид, Р. Стейнвандт, Дж. Мюллер-Куэйд, М. Реттелер и Т. Бет. «Разложение матрицы на циркулянтный и диагональный коэффициенты». Прикладная линейная алгебра. 306, 131–143 (2000).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0024-3795(99)00250-5

[46] О. Хэггстрем. «Конечные цепи Маркова и алгоритмические приложения». Тексты студентов Лондонского математического общества. Издательство Кембриджского университета. (2002).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511613586

[47] Виктор Лопес Пастор, Джефф Ландин и Флориан Марквардт. «Эволюция произвольных оптических волн с помощью преобразований Фурье и фазовых масок». Опция Экспресс 29, 38441–38450 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.432787

[48] Марко Хухтанен и Аллан Перямяки. «Факторизация матриц в произведение циркулянтной и диагональной матриц». Ж. Фурье Анал. Прил. 21, 1018–1033 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00041-015-9395-0

[49] Карло Спарачари, Лидия Дель Рио, Карло Мария Скандоло, Филипп Фаист и Джонатан Оппенгейм. «Первый закон общих теорий квантовых ресурсов». Квант 4, 259 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-30-259

[50] Рюдзи Такаги и Бартош Регула. «Общие теории ресурсов в квантовой механике и за ее пределами: оперативная характеристика с помощью задач дискриминации». Физ. Ред. X 9, 031053 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.9.031053

[51] Рой Арайза, Идун Чен, Мариус Юнге и Пейсюэ Ву. «Ресурсозависимая сложность квантовых каналов» (2023). arXiv: 2303.11304.
Arxiv: 2303.11304

[52] Лучано Перейра, Алехандро Рохас, Густаво Каньяс, Густаво Лима, Альдо Дельгадо и Адан Кабельо. «Многопортовые интерферометры с минимальной оптической толщиной для аппроксимации любого унитарного преобразования и любого чистого состояния» (2020). arXiv:2002.01371.
Arxiv: 2002.01371

[53] Брайан Истин и Эмануэль Нилл. «Ограничения на наборы квантовых вентилей с трансверсальным кодированием». Физ. Преподобный Летт. 102, 110502 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.110502

[54] Йонас Т. Андерсон, Гийом Дюкло-Чанчи и Дэвид Пулен. «Отказоустойчивое преобразование между квантовыми кодами Стина и Рида-Мюллера». Физ. Преподобный Летт. 113, 080501 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.080501

[55] Томас Йохим-О’Коннор и Раймонд Лафламм. «Использование составных квантовых кодов для универсальных отказоустойчивых квантовых вентилей». Физ. Преподобный Летт. 112, 010505 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.010505

[56] Антонио Асин, Дж. Игнасио Сирак и Мацей Левенштейн. «Просачивание запутанности в квантовых сетях». Нат. Физ. 3, 256–259 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys549

[57] H Джефф Кимбл. «Квантовый Интернет». Природа 453, 1023–1030 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature07127

[58] Себастьян Персегер, Г. Ж. Лапейр, Д. Кавальканти, М. Левенштейн и А. Асин. «Распределение запутанности в крупномасштабных квантовых сетях». Реп. прог. Физ. 76, 096001 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0034-4885/​76/​9/​096001

[59] К.-Х. Чо. «Голоморфные диски, спиновые структуры и когомологии Флоера тора Клиффорда». Межд. Математика. Рез. Уведомления 2004, 1803–1843 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1155 / S1073792804132716

[60] С. А. Маркон. «Цепи Маркова: подход теории графов». Дипломная работа. Университет Йоханнесбурга. (2012). URL: https://ujcontent.uj.ac.za/esploro/outputs/999849107691.
https://ujcontent.uj.ac.za/esploro/outputs/999849107691

Цитируется

[1] Кодай Куроива, Рюдзи Такаги, Херардо Адессо и Хаята Ямасаки, «Каждый квант помогает: оперативное преимущество квантовых ресурсов за пределами выпуклости», Arxiv: 2310.09154, (2023).

[2] Кодай Куроива, Рюдзи Такаги, Херардо Адессо и Хаята Ямасаки, «Работоспособность и весовые меры ресурсов без ограничения выпуклости: свидетельство многократного копирования и операционное преимущество в теориях статических и динамических квантовых ресурсов», Arxiv: 2310.09321, (2023).

[3] Гёкхан Торун, Онур Пусулюк и Озгюр Э. Мустекаплыоглу, «Краткий обзор теорий ресурсов, основанных на мажоризации: квантовая информация и квантовая термодинамика», Arxiv: 2306.11513, (2023).

Приведенные цитаты из САО / НАСА ADS (последнее обновление успешно 2024-01-11 14:12:48). Список может быть неполным, поскольку не все издатели предоставляют подходящие и полные данные о цитировании.

On Цитируемый сервис Crossref Данные о цитировании работ не найдены (последняя попытка 2024-01-11 14:12:46).

Эта статья опубликована в Quantum под Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) лицензия. Авторское право остается за первоначальными правообладателями, такими как авторы или их учреждения.

Отметка времени:

Больше от Квантовый журнал