論文の概要: Kitaev Quantum Batteries: Super-Extensive Scaling of Ergotropy in 1D Spin$-1/2$ $XY-Γ(γ)$ Chain
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.14074v2
- Date: Sat, 30 Nov 2024 09:09:37 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-03 20:22:21.202421
- Title: Kitaev Quantum Batteries: Super-Extensive Scaling of Ergotropy in 1D Spin$-1/2$ $XY-Γ(γ)$ Chain
- Title（参考訳）: Kitaev量子電池: 1Dスピンにおけるエルゴトロピーの超高密度スケーリング
- Authors: Asad Ali, Samira Elghaayda, Saif Al-Kuwari, M. I. Hussain, M. T. Rahim, H. Kuniyil, C. Seida, A. El Allati, M. Mansour, Saeed Haddadi,
- Abstract要約: 1次元(1D)スピン-1/2$ハイゼンベルク$XY-ガンマ(ガンマ)$量子鎖に基づく新しいモデルの性能について検討する。
スピン-スピン結合,スピン相互作用の異方性,ゼーマン場強度,電荷場強度,Gamma$相互作用,温度のエルゴトロピーを解析した。
この結果から, 異方性スピンスピン結合と非ゼロの$Gamma$相互作用を活用することにより, 最適QB性能とスケーリングにおける量子的優位性を実現することが可能であることが示唆された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5055815271772576
- License:
- Abstract: We investigate the performance of a novel model based on a one-dimensional (1D) spin-$1/2$ Heisenberg $XY-\Gamma(\gamma)$ quantum chain, also known as 1D Kitaev chain, as a working medium for a quantum battery (QB) in both closed and open system scenarios. We analyze the closed QB scenario by analytically evaluating ergotropy across different spin-spin couplings, anisotropies in spin interactions, Zeeman field strengths, charging field intensities, $\Gamma$ interactions, and temperature. Our results indicate that the ergotropy is highly dependent on spin-spin coupling and anisotropy. Under variable parameters, an increase in the spin-spin coupling strength displays quenches and exhibits non-equilibrium trends in ergotropy. After a quench, ergotropy may experience a sharp increase or drop, suggesting optimal operational conditions for QB performance. In the open QB scenario, we examine spin chains of sizes $2 \leq N \leq 8$ under the influence of dephasing, focusing on the evolution of ergotropy. We study two charging schemes: parallel charging, where spins are non-interacting, and collective charging, involving spin-spin coupling. In the former, increased Zeeman field strength enhances both the peak ergotropy and charging rate, although without any quantum advantage or super-extensive scaling. In the latter, increasing spin-spin coupling might not achieve super-extensive scaling without introducing anisotropy in the spin-spin interaction. Our results suggest that optimal QB performance and a quantum advantage in scaling can be achieved by leveraging anisotropic spin-spin couplings and non-zero $\Gamma$ interactions, allowing for faster charging and higher ergotropy under super-extensive scaling conditions up to $\alpha=1.24$ for the given size of the spin chain.
- Abstract（参考訳）: 1次元(1D)スピン-1/2$ハイゼンベルク$XY-\Gamma(\gamma)$量子チェーンに基づく新しいモデルの性能について検討する。
スピン-スピン結合の異なるエルゴトロピー,スピン相互作用の異方性,ゼーマン場強度,電荷場強度,$\Gamma$相互作用,温度を解析的に評価することにより,クローズドQBシナリオを解析した。
その結果, エルゴトロピーはスピンスピン結合と異方性に強く依存していることが示唆された。
可変パラメータの下では、スピン-スピン結合強度の増大はクエンチを示し、エルゴトロピーの非平衡傾向を示す。
クエンチの後、エルゴトロピーは急激な増加または低下を経験し、QB性能の最適操作条件を示唆する。
オープンQBのシナリオでは、エルゴトロピーの進化に焦点をあてて、デファス化の影響下で、大きさのスピン鎖を2ドル=2ドル=8ドル(約2,800円)で調べる。
スピンが非相互作用である並列充電とスピン-スピン結合を含む集団充電の2つの充電方式について検討した。
前者では、ゼーマン場の強度が増大すると、ピークエルゴトロピーと充電速度の両方が向上するが、量子的優位性や超過度のスケーリングはない。
後者ではスピン-スピン結合の増大はスピン-スピン相互作用に異方性を導入することなく超過大なスケーリングを達成できない。
この結果から、スピン-スピン結合と非ゼロの$\Gamma$相互作用を活用することにより、スピン鎖の所定のサイズに対して最大$$\alpha=1.24$までの超過大なスケーリング条件下での高速充電と高エルゴトロピーを実現することにより、最適QB性能とスケーリングにおける量子的優位性を達成できることが示唆された。
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