論文の概要: Fast charging of an Ising spin pair quantum battery using optimal control

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.17087v1
• Date: Sun, 22 Dec 2024 16:39:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-24 15:56:23.543584
• Title: Fast charging of an Ising spin pair quantum battery using optimal control
• Title（参考訳）: 最適制御を用いたイジングスピン対量子電池の高速充電
• Authors: Vasileios Evangelakos, Emmanuel Paspalakis, Dionisis Stefanatos,
• Abstract要約: 一対のスピンとイジング結合からなる量子電池において、所定充電期間の蓄積エネルギーを最大化する問題を考察する。 この問題を1量子ビット上の最適制御問題にマップし、最適制御理論を用いて、単一バングパルスは比較的大きな上向き制御境界に対してかなりの充電レベルを迅速に達成できるが、完全充電を含む保存エネルギーの高レベルはバン・特異バンパルス系列によって達成されることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: We consider the problem of maximizing the stored energy for a given charging duration in a quantum battery composed of a pair of spins-$1/2$ with Ising coupling starting from the spin-down state, using bounded transverse field control. We map this problem to an optimal control problem on a single qubit and using optimal control theory we show that, although a single bang pulse can quickly achieve considerable charging levels for relatively large upper control bounds, higher levels of stored energy including complete charging are accomplished by a bang-singular-bang pulse-sequence, where the intermediate singular pulse is an Off pulse. If the control is restricted between zero and a maximum value, the initial and final bang pulses attain the maximum bound but have different durations, while if it is restricted between symmetric negative and positive boundaries, the bang pulses have the same duration but opposite boundary values. For both cases we provide transcendental equations from which the durations of the individual pulses in the optimal pulse-sequence can be calculated. For the case of full charging we surprisingly find that the three ``switching" functions for the equivalent qubit problem become zero while the adjoint ket does not, in consistency with optimal control theory.
• Abstract（参考訳）: スピンダウン状態から始まるイジング結合を伴う一対のスピンからなる量子電池において, 所定充電期間の蓄積エネルギーを最大化する問題について, 有界逆場制御を用いて検討する。 この問題を1量子ビット上での最適制御問題にマップし、最適制御理論を用いて、単一バングパルスは比較的大きな上向き制御境界に対してかなりの充電レベルを迅速に達成できるが、完全充電を含む保存エネルギーの高レベルは、中間特異パルスがオフパルスであるバン・特異バンパルス列によって達成されることを示す。 制御がゼロと最大値の間で制限されている場合、初期および最終バングパルスは最大境界に達するが、対称的な負境界と正の境界の間に制限されている場合、バングパルスは同じ期間だが反対の境界値を持つ。 どちらの場合も、最適なパルス列における個々のパルスの持続時間を計算することができる超越方程式を提供する。 フルチャージの場合、同値な量子ビット問題に対する3つの「スイッチング」函数は、最適制御理論と整合して、随伴ケケットが成立しない間にゼロとなる。

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