論文の概要: Collectively enhanced high-power and high-capacity charging of quantum
batteries via quantum heat engines
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2008.07089v2
- Date: Thu, 24 Sep 2020 02:51:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-06 01:18:46.949679
- Title: Collectively enhanced high-power and high-capacity charging of quantum
batteries via quantum heat engines
- Title(参考訳): 量子熱エンジンによる量子電池の高出力化と高容量化
- Authors: Kosuke Ito, Gentaro Watanabe
- Abstract要約: 量子熱エンジン(QHE)を用いた多体電池(QB)の充電プロトコルについて検討した。
当社のプロトコルは,ほぼ$N$の平均電力拡張を同時に実現している。
以上の結果から,QHEはQBの充電器に適していることが示唆された。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.913755431537592
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: As a model of so-called quantum battery (QB), quantum degrees of freedom as
energy storage, we study a charging protocol of a many-body QB consisting of
$N$ two-level systems (TLSs) using quantum heat engines (QHEs). We focus on the
collective enhancement effects in the charging performance of QBs in comparison
to the individual charging. It is a challenging goal of QBs to achieve large
collective enhancements in the charging power and the capacity while keeping
the experimental feasibility, the stability, and the cheapness of the required
control and resources. We show that our model actually exhibits these features.
In fact, our protocol simultaneously achieves the asymptotically-perfect charge
and almost $N$-order average power enhancement with only thermal energy
resource and simple local interactions in a stable manner. The capacity is
collectively enhanced due to the emergent bosonic quantum statistics caused by
the symmetry of the interaction between the engine and the batteries, which
results in asymptotically perfect excitation of all the TLSs. The charging
speed, and hence the average power are collectively enhanced by the
superradiance-like cooperative excitation in the effective negative
temperature. Our results suggest that QHEs actually fit for a charger of QBs,
efficiently exploiting the collective enhancements, not only converting the
disordered thermal energy to the ordered energy stored in quantum degrees of
freedom.
- Abstract(参考訳): いわゆる量子バッテリ(qb)、エネルギー貯蔵としての量子自由度モデルとして、量子熱エンジン(qhes)を用いたn$2-レベルシステム(tlss)からなる多体qbの充電プロトコルについて検討した。
個別の充電と比較して,qbsの充電性能の集団的向上効果に着目する。
必要な制御と資源の試験的実現可能性、安定性、安価性を保ちながら、充電能力と容量を大幅に向上させることは、QBの挑戦的な目標である。
私たちのモデルは実際にこれらの特徴を示しています。
実際、我々のプロトコルは、熱エネルギー資源と単純な局所的相互作用のみを安定して、漸近的に完璧な電荷とほぼ$Nの平均電力拡張を同時に達成する。
キャパシティは、エンジンとバッテリの相互作用の対称性によって生じる創発的なボゾン量子統計により総括的に増強され、全てのTLSが漸近的に完全に励起される。
帯電速度および従って平均電力は、有効負温度における超放射状の協調励起によって総じて増強される。
以上の結果から,QHEはQBの充電器に適合し,乱れた熱エネルギーを量子自由度に格納された順序エネルギーに変換するだけでなく,効率よく集合的拡張を利用することが示唆された。
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