論文の概要: Optimal qubit-mediated quantum heat transfer via non-commuting operators and strong coupling effects

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.04220v1
• Date: Wed, 08 Jan 2025 01:36:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-09 14:55:07.232185
• Title: Optimal qubit-mediated quantum heat transfer via non-commuting operators and strong coupling effects
• Title（参考訳）: 非可換作用素による最適量子ビット媒介量子熱伝達と強いカップリング効果
• Authors: Marlon Brenes, Jakub Garwoła, Dvira Segal,
• Abstract要約: 量子系における熱伝達は、新しい量子技術によって現在注目されているトピックである。 中心スピン自由度が過程を媒介する2つの熱貯水池間の熱伝達を考察する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Heat transfer in quantum systems is a current topic of interest due to emerging quantum technologies that attempt to miniaturize engines and examine fundamental aspects of thermodynamics. In this work, we consider heat transfer between two thermal reservoirs in which a central spin degree of freedom mediates the process. Our objective is to identify the system-bath coupling operators that maximize heat transfer at arbitrary system-bath coupling strengths. By employing a Markovian embedding method in the form of the reaction-coordinate mapping, we study numerically heat transfer at arbitrary system-bath coupling energy and for general system-bath coupling operators between the baths and the central qubit system. We find a stark contrast in the conditions required for optimal heat transfer depending on whether the system is weakly or strongly coupled to the heat baths. In the weak-coupling regime, optimal heat transfer requires identical coupling operators that facilitate maximum sequential transport, resonant with the central qubit. In contrast, in the strong-coupling regime, non-commuting system-bath coupling operators between the hot and cold reservoirs are necessary to achieve optimal heat transfer. We further employ the Effective Hamiltonian theory and gain partial analytical insights on the observed phenomena. We discuss the limitations of this approximate method in capturing the behavior of the heat current for non-commuting coupling operators, calling for its future extensions to capture transport properties in systems with general interaction Hamiltonians.
• Abstract（参考訳）: 量子系における熱伝達は、エンジンの小型化と熱力学の基礎的な側面の検証を試みる新しい量子技術によって、現在関心を集めているトピックである。 本研究では, 中心スピン自由度を媒介する2つの熱貯水池間の熱伝達について考察する。 本研究の目的は,任意のシステムバス結合強度で熱伝達を最大化するシステムバス結合演算子を同定することである。 反応座標写像の形でマルコフの埋め込み法を用いて、任意の系-バス結合エネルギーにおける数値的熱伝達と、浴槽と中心量子ビット系の一般系-バス結合作用素について検討する。 最適熱伝達に要する条件は, 系が熱浴に弱いか強いかによって異なる。 弱い結合状態において、最適熱伝達は、中心量子ビットとの共鳴である最大逐次輸送を促進する同じ結合作用素を必要とする。 対照的に, 強結合系では, 最適熱伝達を達成するためには, 高温貯留層と寒冷貯留層との間の非交換系-バス結合演算子が必要である。 さらに、実効ハミルトニアン理論を採用し、観測された現象について部分解析的な洞察を得る。 一般相互作用ハミルトニアンの系における輸送特性を捉えるための将来の拡張を求める,非可換結合作用素の熱電流の挙動を捉えるための,この近似手法の限界について論じる。

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