最小化量子信息擦除中的热耗散

量子态工程与量子计算依赖于信息擦除过程，这些过程在一定的保真度下将量子客体制备到纯态。如果此类过程依赖于客体与热库之间的相互作用，则它们发生在朗道尔（Landauer）框架内。朗道尔原理规定，这必须向热库耗散最小量的热，其量与客体所遭受的熵减成正比。然而，该下界仅在某些特定物理情形下可达，且对于任意给定热库未必能实现。我们工作的主要任务可表述为给定概率性信息擦除下的热耗散最小化，即，若我们要求将客体制备到特定纯态 $|\varphi_1\rangle$ 的概率不小于 $p_{\varphi_1}^{\max}-\delta$，则最小化作为热传递给热库的能量。此处 $p_{\varphi_1}^{\max}$ 是物理背景所允许的信息擦除的最大概率，而 $\delta\geqslant 0$ 为误差。为确定给定物理背景下量子信息擦除的可达最小热耗散，我们显式地对所有作用于客体与热库复合系统的可能酉算子进行优化。具体而言，当限于有限维希尔伯特空间时，我们利用优势理论（majorisation theory）的工具刻画此类最优酉算子的等价类。此外，我们讨论了如何通过运作于朗道尔框架之外，以低于朗道尔极限的热代价实现纯态制备过程。