論文の概要: Entanglement and work extraction in the central-spin quantum battery
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.11074v1
- Date: Mon, 23 May 2022 06:41:47 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-12 00:50:09.549175
- Title: Entanglement and work extraction in the central-spin quantum battery
- Title（参考訳）: 中心スピン量子電池における絡み合いと仕事抽出
- Authors: Jia-Xuan Liu, Hai-Long Shi, Yun-Hao Shi, Xiao-Hui Wang, Wen-Li Yang
- Abstract要約: 我々は、N_b$中心スピンが電池セルとして機能し、N_c$バススピンが充電ユニットとして機能する中心スピンバッテリを考える。
抽出可能な電池に蓄積されるエネルギーはエルゴトロピーによって定量化され、バッテリチャージャーの絡み合いはフォン・ノイマンエントロピーを介して定量化される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.59786676445968
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We consider a central-spin battery where $N_b$ central spins serve as battery
cells and $N_c$ bath spins serve as charging units. It is shown that the energy
stored in the battery that can be extractable is quantified by the ergotropy,
and that battery-charger entanglement is quantified via the Von Neumann
entropy. By using an exact approach to a one-cell and two-cell battery, our
analytical results suggest that, during the charging process, the extractable
work slowly increases before the battery-charger entanglement reaches its
maximum and then it will rapidly increase when the entanglement begins to
decrease. In particular, we rigorously show that there is an inverse
relationship between the extractable work and the entanglement at the end of
the charging process. Moreover, we investigate different approaches to realize
optimal work extraction without wasted energy. Among them a central-spin
battery with an unpolarized Dicke state as the charger possesses a universal
charging time $\propto 1/N_c$, large extractable work, and
$\sqrt{N_c}$-improvement of charging power compared with the battery in the
Tavis-Cummings limit. The above-mentioned results have also been numerically
verified in multi-cell batteries. Our results pave the way to improve
extractable work storage in the central-spin battery and highlight a
competitive relation between the extractable work and the battery-charger
entanglement.
- Abstract（参考訳）: 我々は、中央スピンが電池セル、n_c$バススピンが充電ユニットとして機能する中央スピン電池を考える。
抽出可能な電池に蓄積されるエネルギーはエルゴトロピーによって定量化され、バッテリチャージャーの絡み合いはフォン・ノイマンエントロピーを介して定量化される。
本研究は, 電池1セルと2セルの正確なアプローチを用いて, 充電過程において, 電池充電器の絡み合いが最大に達する前に, 取り出し作業が徐々に増加し, 絡み合いが減少し始めると, 急速に増加することを示唆する。
特に, 充電工程の終了時に, 抽出可能な作業と絡み合いとの間には逆関係があることを厳密に示す。
さらに,無駄なエネルギーを使わずに最適な作業抽出を実現するための異なる手法を検討する。
それらのうち、充電器が普遍充電時間$\propto 1/N_c$、大きな抽出可能な作業、および、Tavis-Cummings限界の電池と比較して$\sqrt{N_c}$改善されているため、非偏極ディック状態の中央スピン電池である。
上記の結果はマルチセル電池でも数値的に検証されている。
本研究は, 中央スピン電池における抽出可能なワークストレージの改善を図り, 抽出可能なワークと電池充電器の絡み合いとの競合関係を浮き彫りにする。
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