論文の概要: Equilibrium and nonequilibrium steady states with the repeated interaction protocol: Relaxation dynamics and energetic cost

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.05392v1
• Date: Thu, 09 Jan 2025 17:35:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-10 13:58:41.490551
• Title: Equilibrium and nonequilibrium steady states with the repeated interaction protocol: Relaxation dynamics and energetic cost
• Title（参考訳）: 繰り返し相互作用プロトコルによる平衡および非平衡定常状態:緩和ダイナミクスとエネルギーコスト
• Authors: Alessandro Prositto, Madeline Forbes, Dvira Segal,
• Abstract要約: 本研究では, 熱処理した浴槽スピンと相互作用する量子ビット系の力学を, 繰り返しの相互作用スキームを用いて検討した。 我々の重要な発見は、決定論的システムとアンシラの相互作用が典型的には、アンシラの熱状態に熱を発しないことである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 44.99833362998488
• License:
• Abstract: We study the dynamics of a qubit system interacting with thermalized bath-ancilla spins via a repeated interaction scheme. Considering generic initial conditions for the system and employing a Heisenberg-type interaction between the system and the ancillas, we analytically prove the following: (i) The population and coherences of the system qubit evolve independently toward a nonequilibrium steady-state solution, which is diagonal in the qubit's energy eigenbasis. The population relaxes to this state geometrically, whereas the coherences decay through a more compound behavior. (ii) In the long time limit, the system approaches a steady state that generally differs from the thermal state of the ancilla. We derive this steady-state solution and show its dependence on the interaction parameters and collision frequency. (iii) We bound the number of interaction steps required to achieve the steady state within a specified error tolerance, and we evaluate the energetic cost associated with the process. Our key finding is that deterministic system-ancilla interactions do not typically result in the system thermalizing to the thermal state of the ancilla. Instead, they generate a distinct nonequilibrium steady state, which we explicitly derive. However, we also identify an operational regime that leads to thermalization with a few long and possibly randomized collisions.
• Abstract（参考訳）: 本研究では, 熱処理した浴槽スピンと相互作用する量子ビット系の力学を, 繰り返しの相互作用スキームを用いて検討した。 システムに対する一般的な初期条件と,システムとアンシラ間のハイゼンベルク型相互作用を考慮し,以下のことを解析的に証明する。 i) 系 qubit の集団とコヒーレンスは独立に非平衡定常解へと進化し、これは qubit のエネルギー固有基底の対角線である。 集団は幾何学的にこの状態に緩和するが、コヒーレンスはより複雑な振る舞いによって崩壊する。 (II) 長期に限っては, 熱状態と一般的に異なる定常状態に近づいた。 この定常解を導出し、相互作用パラメータと衝突周波数に依存することを示す。 3) 所定のエラー許容範囲内で定常状態を達成するために必要な相互作用ステップの数を制限し, プロセスに関連するエネルギー的コストを評価する。 我々の重要な発見は、決定論的システムとアンシラの相互作用が典型的には、アンシラの熱状態に熱を発しないことである。 代わりに、それらははっきりとした非平衡定常状態を生成し、それが明確に導かれる。 しかし、いくつかの長いランダムな衝突を伴う熱化につながる運用体制も特定する。

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