Detailansicht
Thermodynamic Considerations in Quantum Information Processing
[Habilitationsschrift im Bereich Theoretische Physik]
Nicolai Friis
Art der Arbeit
Habilitationsschrift
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Physik
DOI
10.25365/thesis.80932
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-17199.38810.665194-7
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Diese Habilitationsschrift behandelt paradigmatische Situationen der Quantenthermodynamik, welche im Detail in Publikationen beschrieben werden, welche in vollem Umfang in dieser Habilitationsschrift wiedergegeben werden. Die ausgewählten Beispiele illustrieren das Wechselspiel zwischen Thermodynamik und Quanteninformationstheorie, und ihren jeweiligen Ressourcen. Insbesondere, betrachten wir Situationen, in denen nur unvollständige Information zu den betrachteten Quantensystemen vorliegen, und diese daher als anfangs in thermischem Equilibrium in Bezug auf die Umgebung vorliegend angenommen werden. In solchen Systemen kann Arbeit in informationstheoretisch wertvolle Ressourcen (wie etwa verschiedene Formen von Korrelationen) umgewandelt werden. Umgekehrt, ist dort die Extraktion, Speicherung, und Abschätzung von Arbeit durch informationstheoretische Überlegungen (etwa, die Komplexität der herangezogenen physikalischen Operationen) eingeschränkt.
Zur Beschreibung dieser Sachverhalte beginnt diese Habilitationsschrift im ersten Abschnitt mit einem Überblick über relevante Konzepte und Definitionen aus der Quantenthermodynamik, der Quantenoptik, und der Quanteninformationstheorie: Angefangen mit der Betrachtung von Problemen der Definition und Bestimmung von Arbeit und ihrer Fluktuationen, bietet diese Habilitationsschrift eine kurze Zusammenfassung von gängigen Ansätzen zur Untersuchung fundamentaler und praktischer Limitationen für die Extraktion und Speicherung von Arbeit in quantenoptischen Systemen. Anschließend folgt eine Betrachtung der Umwandelbarkeit von Arbeit in Korrelationen. Zu diesem Zweck, werden verschiedene Korrelationstypen und deren Erzeugbarkeit durch Aufwendung von Arbeit diskutiert, bevor die wichtigsten Schlüsse zusammengefasst werden und ein Ausblick auf offene Fragen geboten wird. Der zweite Abschnitt präsentiert schließlich die zuvor erwähnten ausgewählten Publikationen zu diesen Themen.
Abstract
(Englisch)
This habilitation thesis discusses some exemplary situations in quantum thermodynamics (covered in detail in the selected publications that are presented in full in the thesis), which highlight the interplay between thermodynamics and quantum information theory, and their respective resources. In particular, situations are considered where one has incomplete information about the quantum systems in question and hence assumes that these systems are initially at thermal equilibrium with respect to their environment, and where work is converted into resources valuable from an information-theoretic point of view (e.g., various types of correlations), or where the extraction, storage, and estimation of work is restricted by information-theoretic limitations (e.g., the complexity of the allowed operations).
To describe these topics, the thesis provides an overview over pertinent concepts and definitions in quantum thermodynamics, quantum optics, and quantum information in Part I: Starting with an examination of the problem of defining and estimating work and its fluctuations, the thesis then briefly reviews recent approaches for understanding fundamental and practical limitations on work extraction and storage in quantum optical systems. We then turn to conversion of work into correlations. For this purpose, we discuss different types of correlations and how they can be established at the expense of work, before giving a brief summary and outlook on open problems. In Part II, we then present the aforementioned selected publications.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Quantenthermodynamik Umwandlung von Arbeit in Korrelationen
Schlagwörter
(Englisch)
quantum thermodynamics conversion of work into correlations
Autor*innen
Nicolai Friis
Haupttitel (Englisch)
Thermodynamic Considerations in Quantum Information Processing
Hauptuntertitel (Englisch)
[Habilitationsschrift im Bereich Theoretische Physik]
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
189 Seiten : Diagramme
Sprache
Englisch
AC Nummer
AC17843074
Utheses ID
80720
Studienkennzahl
UA | | | |