論文の概要: Rapid and Stable Collective Charging and Discharge Suppression in Strongly Coupled Many-Body Quantum Batteries
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.08665v4
- Date: Sun, 10 Aug 2025 02:04:46 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-12 16:55:51.868081
- Title: Rapid and Stable Collective Charging and Discharge Suppression in Strongly Coupled Many-Body Quantum Batteries
- Title（参考訳）: 強結合多体量子電池における急速かつ安定な集束帯電・放電抑制
- Authors: Shun-Cai Zhao, Yi-Fan Yang, Ni-Ya Zhuang,
- Abstract要約: 非摂動状態における集団充電と放電抑制を示す新しいQBモデルを提案する。
エルゴトロピーを用いて蓄えられたエネルギーを定量化し, トンネル, 駆動強度, スペクトル幅, 環境温度が充電性能に与える影響を解析した。
結果は、強結合熱力学の理論的な洞察を与え、堅牢なQBプラットフォームの設計を導く。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.9054278628300505
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Achieving rapid and stable energy storage in quantum batteries (QBs) remains a key challenge, particularly under strong system-environment coupling where non-Markovian effects become prominent. While most previous studies focus on weak coupling regimes, we propose a many-body QB model exhibiting collective charging and discharge suppression in a non-perturbative regime. The model adopts a $\Lambda$-type configuration where multiple battery units share a common excited state and have individual ground states, forming an effective collective structure. To accurately capture the dynamics under strong coupling, the system's time evolution is governed by a Redfield-type master equation tincorporating memory effects via a Debye spectral density. We quantify the stored energy using ergotropy and analyze the impact of tunneling, driving strength, spectral width, and environmental temperature on charging performance. Numerical simulations reveal that optimized driving and reservoir engineering can simultaneously achieve rapid and stable charging while suppressing energy leakage. These results provide theoretical insight into strong-coupling thermodynamics and guide the design of robust QB platforms using solid-state or atomic systems.
- Abstract（参考訳）: 量子電池(QB)における高速で安定したエネルギー貯蔵を実現することは、特にマルコフ効果が顕著になる強いシステム-環境結合の下で重要な課題である。
従来, 弱い結合状態に着目したQBモデルが提案されてきたが, 非摂動状態において, 集団電荷と放電抑制を示す多体QBモデルが提案されている。
モデルは、複数のバッテリユニットが共通の励起状態を共有し、個々の基底状態を持ち、効果的な集合構造を形成する、$\Lambda$-type構成を採用する。
強い結合の下での力学を正確に捉えるために、システムの時間進化は、デバイスペクトル密度を介してメモリ効果を組み込んだレッドフィールド型マスター方程式によって制御される。
エルゴトロピーを用いて蓄えられたエネルギーを定量化し, トンネル, 駆動強度, スペクトル幅, 環境温度が充電性能に与える影響を解析した。
シミュレーションにより、最適化された運転と貯水池工学は、エネルギー漏れを抑制しながら、高速で安定した充電を同時に達成できることが判明した。
これらの結果は、強結合熱力学の理論的な洞察を与え、固体または原子系を用いた堅牢なQBプラットフォームの設計を導く。
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