論文の概要: Charging free fermion quantum batteries

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.20424v1
• Date: Wed, 26 Mar 2025 10:58:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-27 13:19:52.731507
• Title: Charging free fermion quantum batteries
• Title（参考訳）: 自由フェルミオン量子電池の充電
• Authors: Riccardo Grazi, Fabio Cavaliere, Maura Sassetti, Dario Ferraro, Niccolò Traverso Ziani,
• Abstract要約: 大規模な量子系における二重急激な量子クエンチによって蓄積されるエネルギーの解析式を導出する。 結果は、すべての次元と量子スピン鎖にわたる従来の2バンド電子系に適用できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: The performances of many-body quantum batteries strongly depend on the Hamiltonian of the battery, the initial state, and the charging protocol. In this article we derive an analytical expression for the energy stored via a double sudden quantum quench in a large class of quantum systems whose Hamiltonians can be reduced to 2x2 free fermion problems, whose initial state is thermal. Our results apply to conventional two-band electronic systems across all dimensions and quantum spin chains that can be solved through the Jordan-Wigner transformation. In particular, we apply our analytical relation to the quantum Ising chain, to the quantum XY chain, to the cluster Ising and to the long range SSH models. We obtain several results: (i) The strong dependence of the stored energy on the quantum phase diagram of the charging Hamiltonian persists even when the charging starts from a thermal state. Interestingly, in the thermodynamic limit, such a strong dependence manifests itself as non-analyticities of the stored energy corresponding to the quantum phase transition points of the charging Hamiltonian. (ii) The dependence of the stored energy on the parameters of the Hamiltonian can, in the Ising chain case, be drastically reduced by increasing temperature; (iii) Charging the Ising or the XY chain prepared in the ground state of their classical points leads to an amount of stored energy that, within a large parameter range, does not depend on the charging parameters; (iv) The cluster Ising model and the long range SSH model, despite showing quantum phase transitions (QPTs) between states with orders dominated by different interaction ranges, do not exhibit super-extensive, i.e. more than linear in the number of sites, scaling of the charging power.
• Abstract（参考訳）: 多体量子電池の性能は、バッテリのハミルトニアン、初期状態、充電プロトコルに強く依存する。 本稿では、ハミルトニアンを2x2自由フェルミオン問題に還元し、初期状態が熱状態となる量子系の大規模なクラスにおいて、二重突然量子クエンチによって蓄積されるエネルギーの解析式を導出する。 この結果は、ヨルダン・ウィグナー変換によって解けるような、すべての次元にわたる従来の2バンド電子系や量子スピン鎖に適用できる。 特に、量子イジング連鎖、量子XY鎖、クラスターイジング及び長距離SSHモデルに対する解析的関係を応用する。 いくつかの結果が得られます。 一 電荷ハミルトニアンの量子相図に対する貯蔵エネルギーの強い依存は、電荷が熱状態から始まるときでも持続する。 興味深いことに、熱力学の極限において、そのような強い依存は、電荷ハミルトニアンの量子相転移点に対応する貯蔵エネルギーの非解析性として表される。 (二)ハミルトニアンのパラメータに対する貯蔵エネルギーの依存性は、イジング連鎖の場合、温度の上昇により劇的に減少する。 三 古典的点の基底状態にあるイジング又はXY鎖を充電することは、大きなパラメータ範囲内において、電荷パラメータに依存しない蓄積エネルギーの量につながる。 (4)クラスターイジングモデルと長距離SSHモデルは、異なる相互作用範囲に支配される状態間の量子相転移(QPT)を示すが、超過大な効果は示さない。

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