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2012 Fiscal Year Annual Research Report

情報処理を伴う非平衡定常系における統計力学の理論的研究

Research Project

Project/Area Number 23840024
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

沙川 貴大  京都大学, 白眉センター, 助教 (60610805)

Project Period (FY) 2011-08-24 – 2013-03-31
Keywords非平衡統計力学 / 熱力学第二法則 / ゆらぎの定理 / マクスウェルのデーモン / 相互情報量
Research Abstract

平成24年度において、当研究課題に関して、主として以下の研究を行って成果を得た。
(1)測定やフィードバックなどの情報交換プロセスにおいて、普遍的に成立する「揺らぎの定理」の一般化と、熱力学第二法則の一般化を導出した。これらの一般化においては、情報交換プロセスにおけるエントロピー生成と、交換された相互情報量が対等に扱われる形になっている。またこの結果を導出する際、測定とフィードバックを統一的に扱う枠組みを定式化した。これによって、測定とフィードバックは、お互いにいわば「双対的」なプロセスであることが明らかになった。さらに、この結果は、測定とフィードバックに限らない一般的な情報交換プロセスにおいて成立する。この成果はPhysical Review Letters 109, 180602 (2012)から出版された。また、この成果は、下記の研究を行う上で、基礎となる理論的枠組みとなった。
(2)自律的な情報処理を行う分子マシンが形成する、情報の流れを伴う非平衡状態についての研究を行った。その結果、定常状態における相互情報量(相関)の生成レートやエントロピーの生成レートを明らかにした。そして、通常の(情報処理を行わない)分子機械の場合と異なり、有限速度で動いているときにエントロピー生成がゼロになることを発見した。これは情報処理を伴う非平衡定常系に特有の、顕著な性質であると考えられる。この成果は論文にまとめられて、現在Physical Review Lettersに投稿中である。

Current Status of Research Progress
Reason

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (11 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (7 results) (of which Invited: 7 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Unconditional Quantum-Noise Suppression via Measurement-Based Quantum Feedback2013

    • Author(s)
      Ryotaro Inoue, Shin-Ichi-Ro Tanaka, Ryo Namiki, Takahiro Sagawa, and Yoshiro Takahashi
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 110 Pages: 163602(1)-163602(5)

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevLett.110.163602

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Geometrical pumping in quantum transport: Quantum master equation approach2012

    • Author(s)
      Tatsuro Yuge, Takahiro Sagawa, Ayumu Sugita, and Hisao Hayakawa
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 86 Pages: 235308(1)-235308(10)

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.86.235308

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fluctuation Theorem with Information Exchange: Role of Correlations in Stochastic Thermodynamics2012

    • Author(s)
      Takahiro Sagawa and Masahito Ueda
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 109 Pages: 180602(1)-180602(5)

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevLett.109.180602

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 情報処理プロセスにおけるゆらぎの定理2013

    • Author(s)
      沙川貴大
    • Organizer
      第一回統計物理学懇談会
    • Place of Presentation
      学習院大学、東京都
    • Year and Date
      20130305-20130305
    • Invited
  • [Presentation] Energetic and Entropic Costs for Quantum Information Processing2013

    • Author(s)
      Takahiro Sagawa
    • Organizer
      The Fourth Nagoya Winter Workshop on Quantum Information, Measurement, and Foundations
    • Place of Presentation
      名古屋大学、愛知県
    • Year and Date
      20130219-20130219
    • Invited
  • [Presentation] 少数自由度系における情報処理の熱力学2012

    • Author(s)
      沙川貴大
    • Organizer
      第85回日本生化学会大会 シンポジウム「少数性:生化学の新たな視点」
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場、福岡県
    • Year and Date
      20121216-20121216
    • Invited
  • [Presentation] 量子情報処理における熱力学第二法則2012

    • Author(s)
      沙川貴大
    • Organizer
      情報統計力学の最前線-確率が繋ぐ自然現象と情報処理の数理-
    • Place of Presentation
      東北大学、宮城県
    • Year and Date
      20121214-20121214
    • Invited
  • [Presentation] Second Law of Thermodynamics for Information-Heat Engine2012

    • Author(s)
      Takahiro Sagawa
    • Organizer
      Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) 2012
    • Place of Presentation
      Seoul, Korea
    • Year and Date
      20120627-20120627
    • Invited
  • [Presentation] Fluctuation-Response Relation with Feedback Control2012

    • Author(s)
      Takahiro Sagawa
    • Organizer
      A Workshop on Non-equilibrium fluctuation-response relations
    • Place of Presentation
      Isola del Giglio, Italy
    • Year and Date
      20120607-20120607
    • Invited
  • [Presentation] Nonequilibrium Thermodynamics of Quantum Feedback Control2012

    • Author(s)
      Takahiro Sagawa
    • Organizer
      kTLog2 Cuenca: Quantum Fluctuations and Information
    • Place of Presentation
      Cuenca, Spain
    • Year and Date
      20120524-20120524
    • Invited
  • [Remarks] 沙川貴大のホームページ

    • URL

      http://www.taksagawa.com/

URL: 

Published: 2014-07-24  

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