論文の概要: Thermodynamics of the optical pumping process in Nitrogen-Vacancy centers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.08769v1
• Date: Tue, 11 Mar 2025 18:00:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-13 15:38:53.376083
• Title: Thermodynamics of the optical pumping process in Nitrogen-Vacancy centers
• Title（参考訳）: 窒素-原子価中心における光励起過程の熱力学
• Authors: Ivan Medina, Sérgio R. Muniz, Elisa I. Goettems, Diogo O. Soares-Pinto,
• Abstract要約: 電子スピンの偏光は、レーザーポンプによってシステムに供給される作業量に依存することを示す。 本研究では, エントロピーを熱による2つの貢献と, 供給された作業による2つの貢献に分けることができることを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: The optical pumping process is a fundamental tool for quantum protocols using the electronic and nuclear spins in the Nitrogen-Vacancy (NV) centers platform. In this work, we explore the process of electronic spin polarization through optical pumping from a thermodynamic perspective. We identify the sources of work and heat and show that the heat current is direct related to the experimentally accessible fluorescence of the NV center. We also show that the polarization of the electronic spin depends on the amount of work that is provided to the system by the laser pump. Moreover, we study the von Neumann entropy change in the process. We demonstrate that the entropy can be separated into two contributions: one due to the heat produced and the other due to the work provided, which is a consequence of the non-unitary nature of the pumping process. Finally, we show that increasing the power of the laser results in the increasing of the entropy of the final state, which hinders the polarization efficiency.
• Abstract（参考訳）: 光ポンピングプロセスは、NV(Nitrogen-Vacancy)中心の電子スピンと核スピンを用いた量子プロトコルの基本的なツールである。 本研究では, 熱力学的観点からの光ポンピングによる電子スピン偏光のプロセスについて検討する。 我々は作業源と熱を同定し、熱電流がNV中心の実験的にアクセス可能な蛍光と直接関連していることを示す。 また、電子スピンの偏光は、レーザーポンプによってシステムに供給される作業量に依存することを示した。 さらに、この過程におけるフォン・ノイマンエントロピーの変化について検討する。 本研究では, このエントロピーを, 生成熱によるものと, 供給された熱によるものとの2つのコントリビューションに分離できることを実証した。 最後に,レーザーのパワーを増大させると最終状態のエントロピーが増大し,偏光効率が低下することを示す。

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