論文の概要: Nonlinearity-assisted advantage for open Dicke-quantum batteries

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.00618v2
• Date: Sat, 19 Jul 2025 11:30:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-22 20:51:31.712364
• Title: Nonlinearity-assisted advantage for open Dicke-quantum batteries
• Title（参考訳）: 開Dicke量子電池の非線形性支援効果
• Authors: Aparajita Bhattacharyya, Pratha Dongre, Ujjwal Sen,
• Abstract要約: エネルギー貯蔵およびエネルギー抽出の観点から量子電池の性能を解析する。 システム内の非線形性は, 電池とキャビティの結合における非線形性である。
• 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: We analyze the performance of a quantum battery in terms of energy storage and energy extraction, assisted by nonlinearities in a Dicke quantum battery utilizing an open-system approach. In particular, we consider two types of nonlinearities in the system, viz. nonlinearity in the coupling between battery and the cavity, and the cavity itself comprising an anharmonic oscillator. In both these scenarios, the cavity is connected to an environment, and is driven by an external laser source. We derive the Markovian master equation for the dynamics of the combined cavity-battery system in presence of the environment. When the cavity is non-linearly coupled to a battery, we find an enhancement in the steady state ergotropy over the linearly-coupled case. We further see that the times at which steady state ergotopy is attained get decreased in the presence of nonlinear coupling. We additionally find a complementarity between the nonlinear interaction strength and the coherent-drive strength in the steady-state ergotropy values, i.e. the same ergotropy as that obtained using weak nonlinearity and strong coherent drive can be obtained utilizing an opposite order of their values. We also identify the nonlinear interaction where the cavity can be considered as a ``charger" and show an advantage of using the nonlinear coupling over linear ones. In case when the cavity is modeled as a multi-level transmon with an inherent anharmonicity, we find an advantage in maximum ergotropy values over the harmonic instance. Unlike the non-linearly coupled batteries, the ones mediated by an anharmonic cavity prove to be useful in the transient regime. We also determine values of the coherent drive for which the anharmonic battery is beneficial over the harmonic one at all timescales. Further, we observe a distinct region of the anharmonic strength and coherent drive where ergotropy values reach their maxima.
• Abstract（参考訳）: 我々は,Dicke量子電池の非線形性に着目し,エネルギー貯蔵とエネルギー抽出の両面から量子電池の性能を解析した。 特に,バッテリとキャビティの結合における非線形性と,非調和振動子を含むキャビティ自体の2種類の非線形性を考える。 どちらのシナリオでも、空洞は環境に接続され、外部レーザー源によって駆動される。 環境下での共振器・電池系の力学に対するマルコフのマスター方程式を導出する。 キャビティがバッテリに非線形に結合されている場合、リニア結合の場合よりも定常なエルゴトロピーが増大することがわかった。 さらに, 非線形結合の存在下では, 定常エルゴトピーが達成される時間が減少することがわかった。 さらに, 定常エルゴトロピー値における非線形相互作用強度とコヒーレント駆動強度の相補性を見出した。 また, キャビティを「チャージャー」とみなす非線形相互作用を同定し, 非線形結合の利点を示す。 空洞が固有な非調和性を持つ多層トランスモンとしてモデル化されている場合、ハーモニックインスタンスに対する最大エルゴトロピー値の利点を見出す。 非線形結合電池とは異なり、非調和キャビティによって媒介される電池は過渡的な状態において有用であることが証明された。 また、無調波電池がすべての時間スケールでハーモニック駆動よりも有益であるコヒーレント駆動の値も決定する。 さらに,エルゴトロピー値が最大値に達する不調和強度とコヒーレント駆動の異なる領域を観察する。

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