信息热力学第二定律的普适有效性

绝热测量，随后进行反馈和擦除协议，常被视为体现麦克斯韦妖悖论并研究热力学与信息处理之间相互作用的模型。此类研究得出一个结论，现已被学界广泛接受，即麦克斯韦妖与热力学第二定律可以和平共存，因为妖所获得的任何收益都必须由执行测量并将妖的记忆重置为其初始状态的成本来抵消。此类表述被统称为信息热力学第二定律，且近来已扩展至包含量子理论情形。然而，以往该方向的研究做了若干假设，特别是关于反馈过程和妖的记忆读出，从而得出的表述并非普遍适用，且其有效范围并不明确。本工作中，我们填补了这一空白，通过精确刻画与热力学第二定律整体一致的量子反馈控制与擦除协议的完整范围。这使我们得出结论：信息热力学第二定律确实是普适的：它必须对任意量子反馈控制与擦除协议成立，无论所涉及的测量过程如何，只要该协议整体与热力学相容。我们的全面分析不仅涵盖了新情形，也以更少的假设重新得到了以往情形。这一简化有助于更清晰地理解该理论。