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凝聚态物理 > 统计力学

arXiv:2412.04883 (cond-mat)
[提交于 2024年12月6日 ]

标题: 最优快速量子比特重置

标题: Optimally Fast Qubit Reset

Authors:Yue Liu, Chenlong Huang, Xingyu Zhang, Dahai He
摘要: 在实践中,量子比特重置必须在极短的时间内进行,这会导致热力学成本比兰道尔极限高出多个数量级。 我们提出一个通用框架来确定最小的热力学成本和任意重置速度的最优协议。 我们的研究揭示了在短时间极限下最小熵产生的发散行为取决于跳跃算子的收敛性和发散性。 对于收敛类,最小所需时间和设定误差概率之间存在固有的权衡,这阻碍了在这种情况下摩尔定律的继续适用。 此外,我们发现最优协议在不同时间的快速驱动范围内表现出相似性。 为了证明我们的发现,我们采用费米子和玻色子热库作为例子。 我们的结果表明,超欧姆玻色子热库是量子比特重置的一个合适选择。
摘要: In practice, qubit reset must be operated in an extremely short time, which incurs a thermodynamic cost within multiple orders of magnitude above the Landauer bound. We present a general framework to determine the minimal thermodynamic cost and the optimal protocol for arbitrary resetting speeds. Our study reveals the divergent behavior of minimal entropy production in the short-time limit depends on the convergence and divergence of the jump operators. For the convergent class, an inherent trade-off exists between the minimal required time and the set error probability, which hinders the Moore's law continuing in such cases. Moreover, we find the optimal protocol exhibits the similarity in the fast-driving regime for different times. To demonstrate our findings, we empoly fermionic and bosonic baths as examples. Our results suggest that the super-Ohmic bosonic heat bath is a suitable choice for qubit reset.
主题: 统计力学 (cond-mat.stat-mech) ; 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2412.04883 [cond-mat.stat-mech]
  (或者 arXiv:2412.04883v1 [cond-mat.stat-mech] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.04883
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Phys. Rev. Lett. 134, 100401 (2024)
相关 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.100401
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来自: Yue Liu [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2024 年 12 月 6 日 09:25:13 UTC (2,618 KB)
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