フリッツハーバー分子動力学研究センター、化学研究所、エルサレムヘブライ大学、エルサレム9190401、イスラエル
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抽象
熱力学の法則は通常、無限に大きな環境を想定して定式化されます。 この理想化は理論的な処理を容易にしますが、実際の物理システムは常に有限であり、それらの相互作用の範囲は制限されています。 これらの制約は、熱力学の第二法則によって直接捉えられない、冷却などの重要なタスクに影響を及ぼします。 ここでは、システムが有限の環境と排他的に相互作用する場合には達成できない触媒変換を研究します。 私たちのコア結果は、これらの変換の建設的な条件で構成されています。これには、対応するグローバルユニタリ演算と、関連するすべてのシステムの明示的な状態が含まれます。 この結果から、冷却用の触媒の使用に関するさまざまな調査結果を提示します。 まず、触媒の寸法が十分に大きければ、触媒冷却が常に可能であることを示します。 特に、ホットキュービットを使用したキュービットの冷却は、XNUMXレベルシステムと同じくらい小さい触媒で最大化することができます。 また、触媒なしで実装が可能なタスクの触媒強化を特定します。 たとえば、マルチキュービットセットアップでは、XNUMX体相互作用に基づく触媒冷却が、高次の相互作用を使用した標準（非触媒）冷却よりも優れていることがわかります。 別の利点は、環境の温度を調べるためにキュービットが使用される温度測定シナリオに示されています。 この場合、触媒がプローブでのみ達成される最適な温度推定を超えることができることを示します。
注目の画像：（a）XNUMXレベル環境（hとラベル付けされたシステム）を使用してXNUMXレベルシステム（cとラベル付けされたシステム）を冷却するための冷却条件と非冷却条件。 冷却を可能にするには、最大のボックスに示されているように、システムcが励起されているグローバル固有状態は、基底状態にあるグローバル固有状態よりも多く存在する必要があります。 非冷却状態は、触媒を介してバイパスすることができます。これにより、冷却が可能になり、変更されません。 （b）私たちのフレームワークでは、触媒とシステムの他の部分との間の相関関係が許可されています。 （c）触媒変換は、冷却を実行して触媒を摂動させる最初の操作と、それに続く触媒を回収する復元操作を含む。 （d）同様の手順を温度測定設定に適用できます。 （左）XNUMXレベルプローブ（Pとラベル付け）は、環境の温度を最適にプローブします。 （右）触媒との相互作用により、プローブに転送される温度情報が増加します。
人気の要約
この作業では、明示的な触媒変換を構築するためのフレームワークを紹介します。 冷却に焦点を当て、他の方法では不可能な場合に、接触冷却のための十分条件を導き出します。 この点での重要な結果は、十分に大きな寸法の触媒は、後者が完全に混合された状態で開始しない限り、環境の寸法に関係なく冷却を可能にするということです。 さらに、触媒が冷却を促進し、同時に環境との相互作用の複雑さを軽減できる冷却の強化を示します。
熱力学的シナリオを超えて、私たちの結果は、システムと環境の間の結合が達成できない触媒変換を明らかにします。 温度測定の設定でこの発見を説明します。 ここでは、触媒が熱環境の温度を推定する際の誤差を減らすことができることを示します。 これらのアプリケーションに加えて、私たちの仕事の技術的側面が、触媒作用の魅力的な現象に光を当てるのにも役立つことを願っています。
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【82] この状態のグラフィカルな特性については、参考文献で作成された図を参照してください。 p40.1Raam-PD。
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arXiv：1409.0535
【87] $ mathrm {max} _ {U_ {Pe}} | partial_ {beta} q_ {1} ^ {P} | = mathrm {max} left {bigl | mathrm {min} _ {U_ {Pe}} partial_ {beta} q_ {1} ^ {P} bigr |、mathrm {max} _ {U_ {Pe}} partial_ {beta} q_ {1} ^ {P} right} $$の最大化に制限できますpartial_ {beta} q_ {1} ^ {P} $。 まず、確率保存$ partial_ {beta} q_ {1} ^ {P} = -partial_ {beta} q_ {2} ^ {P} $は、$ bigl | mathrm {min} _ {U_ {Pe}} partial_ {を意味します。 beta} q_ {1} ^ {P} bigr | = mathrm {max} _ {U_ {Pe}} partial_ {beta} q_ {2} ^ {P} $。 最大$ mathrm {max} _ {U_ {Pe}} partial_ {beta} q_ {2} ^ {P} $がすべてのユニタリ$ U_ {Pe} $に引き継がれるため、最初にローカル順列を適用するのと同じです。 $ | 1_ {P} rangleleftrightarrow | 2_ {P} rangle $そして、$ U_ {Pe} $を超えて最大化します。 ただし、この順列は、ラベル交換$ q_ {1} ^ {P} leftrightarrow q_ {2} ^ {P} $と同等であり、$ mathrm {max} _ {U_ {Pe}} partial_ {beta} q_が生成されます。 {2} ^ {P} = mathrm {max} _ {U_ {Pe}} partial_ {beta} q_ {1} ^ {P} $。 したがって、$ mathrm {max} _ {U_ {Pe}} | partial_ {beta} q_ {1} ^ {P} | = mathrm {max} _ {U_ {Pe}} partial_ {beta} q_ {1} ^ { P} $。
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上記の引用は SAO / NASA ADS （最後に正常に更新された2021-09-21 16:26:55）。 すべての出版社が適切で完全な引用データを提供するわけではないため、リストは不完全な場合があります。
取得できませんでした クロスリファレンス被引用データ 最終試行2021-09-21 16:26:52：10.22331 / q-2021-09-21-547の被引用データをCrossrefから取得できませんでした。 DOIが最近登録された場合、これは正常です。
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