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一个自主量子麦克斯韦妖如何利用关联信息。

How an autonomous quantum Maxwell demon can harness correlated information.

作者信息

Chapman Adrian, Miyake Akimasa

机构信息

Center for Quantum Information and Control, Department of Physics and Astronomy, University of New Mexico, Albuquerque, New Mexico 87131, USA.

出版信息

Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys. 2015 Dec;92(6):062125. doi: 10.1103/PhysRevE.92.062125. Epub 2015 Dec 15.

DOI:10.1103/PhysRevE.92.062125
PMID:26764650
Abstract

We study an autonomous quantum system which exhibits refrigeration under an information-work trade-off like a Maxwell demon. The system becomes correlated as a single "demon" qubit interacts sequentially with memory qubits while in contact with two heat reservoirs of different temperatures. Using strong subadditivity of the von Neumann entropy, we derive a global Clausius inequality to show thermodynamic advantages from access to correlated information. It is demonstrated, in a matrix product density operator formalism, that our demon can simultaneously realize refrigeration against a thermal gradient and erasure of information from its memory, which is impossible without correlations. The phenomenon can be even enhanced by the presence of quantum coherence.

摘要

我们研究了一个自治量子系统,该系统在类似麦克斯韦妖的信息 - 功权衡下表现出制冷效应。当单个“妖”量子比特在与两个不同温度的热库接触时,依次与存储量子比特相互作用时,系统变得相关。利用冯·诺依曼熵的强次可加性,我们推导出一个全局克劳修斯不等式,以展示从获取相关信息中获得的热力学优势。在矩阵乘积密度算子形式体系中表明,我们的妖可以同时实现逆热梯度制冷以及从其存储器中擦除信息,而没有相关性这是不可能的。量子相干的存在甚至可以增强这种现象。

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