論文の概要: Universally-Charging Protocols for Quantum Batteries: A No-Go Theorem

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.02198v1
• Date: Tue, 3 Sep 2024 18:08:33 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-09-05 21:39:27.008553
• Title: Universally-Charging Protocols for Quantum Batteries: A No-Go Theorem
• Title（参考訳）: 量子電池のユニバーサル充電プロトコル:No-Go理論
• Authors: Pratik Sathe, Francesco Caravelli,
• Abstract要約: 我々は、すべての初期状態に対する平均バッテリーエネルギーを増大または維持するプロトコルとして定義された、普遍的なチャージプロトコルの概念を導入する。 我々は, 閉量子電池ではUCプロトコルは不可能であり, 補助量子システムとの相互作用を必要とすることを示す。 本稿では,ユニバーサルチャージプロトコルとユニバーサルディスチャージプロトコルを補間する制御量子ビットを用いた一般モデルを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The effectiveness of a quantum battery relies on a robust charging process, yet these are often sensitive to initial state of the battery. We introduce the concept of a universally-charging (UC) protocol, defined as one that either increases or maintains the average battery energy for all initial states, without ever decreasing it. We show that UC protocols are impossible for closed quantum batteries, thus necessitating interactions with auxilliary quantum systems. To that end, we prove a no-go theorem which prohibits UC protocols for closed quantum batteries with finite-dimensional Hilbert spaces. Leveraging a no-go theorem for topological quantum walks, we argue that even for infinite-dimensional Hilbert spaces, while unitary UC operators exist, they cannot be generated by physically reasonable Hamiltonian protocols. However, regardless of the dimension, non-unitary UC protocols can be achieved in open quantum batteries. To illustrate this, we present a general model with a control qubit, whose state interpolates between universal-charging and universal-discharging protocols.
• Abstract（参考訳）: 量子電池の有効性は、堅牢な充電プロセスに依存しているが、これらはしばしば電池の初期状態に敏感である。 我々は、すべての初期状態における平均バッテリーエネルギーを増大または維持するプロトコルとして定義されているユニバーサルチャージ(UC)プロトコルの概念を導入する。 我々は, 閉量子電池ではUCプロトコルは不可能であり, 補助量子システムとの相互作用を必要とすることを示す。 そのために、有限次元ヒルベルト空間を持つ閉量子電池のUCプロトコルを禁止したノーゴー定理を証明した。 位相量子ウォークのノーゴー定理を利用して、無限次元ヒルベルト空間に対してもユニタリUC作用素が存在するが、物理的に合理的なハミルトンプロトコルでは生成できないと論じる。 しかし、次元に関係なく、非単位UCプロトコルはオープンな量子電池で実現できる。 これを説明するために、制御キュービットを持つ一般的なモデルを提案し、その状態は普遍的なチャージプロトコルと普遍的な放電プロトコルの間を補間する。

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