符合热力学规律的量子操作层级

为确定哪些量子操作和测量符合热力学定律,研究人员首先需从量子理论框架允许的所有过程出发,然后将热力学定律作为约束条件施加其上。该工作考虑了与以下条件相兼容的量子操作和测量层级:(Ⅰ)弱化第三定律、(Ⅱ)强化第三定律、(Ⅲ)同时符合第二和第三热力学定律——即完全遵守热力学原理的操作与测量。这种特征描述使该团队能识别特定热力学原则对某量子操作或测量(不可)实现性的影响。对于保迹操作(信道)而言,研究表明:信道属于(Ⅰ)和(Ⅱ)类当且仅当分别满足严格正定性和秩非递减性;而信道属于(Ⅲ)类必须同时满足秩非递减性且不扰动严格正定态。另一方面,虽然热力学并不排斥任何POVM测量的可行性,但从(Ⅰ)到(Ⅲ)类条件,测量可实现的状态更新规则将受到越来越严格的限制。

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