膨胀在物理过程逆转中的作用：桌面可逆性与广义热操作

不可逆性在热力学与信息论中均至关重要，其自然的研究方式是将演化——即（前向）信道——与相应的逆过程——逆向信道——进行比较。定义逆向信道有两种自然方式。利用逻辑推断，逆向信道是原信道的贝叶斯回溯（量子形式下的Petz恢复映射）。另一种方式是，从物理学可知每个不可逆过程均可建模为开放系统：于是可通过加入热浴（“膨胀”）来定义相应的封闭系统，平凡地逆转全局可逆过程，最后再移除热浴。我们证明了这两种方案在经典与量子形式下严格等价，只要考虑系统与热浴之间形成的关联。在此基础上，我们定义并研究了特殊的映射类：保积映射（包括广义热映射），其对某些态不形成此类系统-热浴关联；以及桌面时间可逆映射，即逆向信道可用与原信道相同的装置实现。我们建立了联系这些类的若干一般性结论，并对系统与热浴均为单量子比特的情形给出了非常细致的刻画。特别地，我们表明当逆向信道良定义时，保积性是桌面可逆性的充分非必要条件；而局域能谱的保持是广义热操作的充要条件。