量子系综中信息传输的热力学约束

量子信息的处理受到关于信息如何编码、传输和提取的基本物理约束的限制。特别是，量子态的非正交性限制了它们的可区分性，而热力学约束，包括态制备和量子操作的能量成本，进一步限制了现实信息协议的可行性。本工作探讨了此类约束对量子信息的制备、演化和读取的影响。我们证明，为编码和测量制备系统会影响所得量子态系综的可区分性和纯度。此外，我们分析了一个噪声通信信道，并提出了一种编码和解码传输信息的最优协议。对于这一现实协议，我们证明成功检索信息的最大概率等于系统与寄存器之间可实现的最大相关性。该协议仅使用吉布斯态作为自由资源，确保了最小的热力学成本。基于此，我们给出了Holevo信息的热力学解释，它量化了传输信息的能力，并在热力学约束场景下建立了其检索的基本极限。