論文の概要: Reservoir engineering with arbitrary temperatures for spin systems and quantum thermal machine with maximum efficiency

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2001.10127v1
• Date: Tue, 28 Jan 2020 00:18:00 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-05 11:33:18.588133
• Title: Reservoir engineering with arbitrary temperatures for spin systems and quantum thermal machine with maximum efficiency
• Title（参考訳）: スピン系のための任意温度の貯留層工学と最大効率の量子熱機械
• Authors: Taysa M. Mendon\c{c}a, Alexandre M. Martins, Rog\'erio J. de Assis, Norton G. de Almeida, Roberto S. Sarthour, Ivan S. de Oliveira, and Celso J. Villas-boas
• Abstract要約: 貯留層工学は、量子情報科学と量子熱力学にとって重要なツールである。 この手法を用いて、任意の(有効)負および正の温度の貯水池を単一スピン系に設計する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 50.591267188664666
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Abstract Reservoir engineering is an important tool for quantum information science and quantum thermodynamics since it allows for preparing and/or protecting special quantum states of single or multipartite systems or to investigate fundamental questions of the thermodynamics as quantum thermal machines and their efficiencies. Here we employ this technique to engineer reservoirs with arbitrary (effective) negative and positive temperatures for a single spin system. To this end, we firstly engineer an appropriate interaction between a qubit system, a carbon nuclear spin, to a fermionic reservoir, in our case a large number of hydrogen nuclear spins that acts as the spins bath. This carbon-hydrogen structure is present in a polycrystalline adamantane, which was used in our experimental setup. The required interaction engineering is achieved by applying a specific sequence of radio-frequency pulses using Nuclear Magnetic Resonance (NMR), while the temperature of the bath can be controlled by appropriate preparation of the initial hydrogen nuclear spin state, being the predicted results in very good agreement with the experimental data. As an application we implemented a single qubit quantum thermal machine which operates at a single reservoir at effective negative temperature whose efficiency is always 100%, independent of the unitary transformation performed on the qubit system, as long as it changes the qubit state.
• Abstract（参考訳）: 抽象的貯留層工学(abstract reservoir engineering)は、量子情報科学および量子熱力学にとって重要な道具であり、単一または多成分系の特別な量子状態の作成と保護、あるいは量子熱機械としての熱力学の基礎的問題とその効率性を調査することができる。 ここでは、この手法を用いて、単一スピン系の任意の(有効)負および正の温度の貯水池を設計する。 この目的のために,我々はまず,量子ビット系,炭素核スピンとフェルミイオン貯水池との適切な相互作用を,多数の水素核スピンがスピン浴として働く場合に設計した。 この炭素-水素構造は, 実験装置で使用した多結晶アダマンタンに存在している。 所要の相互作用工学は、核磁気共鳴(NMR)を用いて特定の周波数パルスを印加することにより達成されるが、浴槽の温度は初期水素スピン状態の適切な準備によって制御でき、予測結果は実験データと非常によく一致している。 アプリケーションとして,量子ビットシステム上で行われるユニタリ変換とは独立に,効率が常に100%の有効負温度の1つの貯留層で動作し,量子ビット状態が変化する限り,単一量子ビットの量子熱機械を実装した。

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