論文の概要: Geometry-induced asymmetric level coupling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.17630v1
- Date: Thu, 24 Apr 2025 14:58:44 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-02 19:15:53.424791
- Title: Geometry-induced asymmetric level coupling
- Title（参考訳）: 幾何誘起非対称レベルカップリング
- Authors: Alhun Aydin,
- Abstract要約: 2段階のシステムでさえ、量子形状効果の熱力学的結果を示すことが示される。
我々は、その起源を幾何学的に誘導される非対称なレベルカップリングとみなす。
我々はエネルギーとエントロピー駆動の自然過程を明らかにする自発性マップを構築する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Tailoring energy levels in quantum systems via Hamiltonian control parameters is essential for designing quantum thermodynamic devices and materials. However, conventional methods for manipulating finite-size systems, such as tuning external fields or system size, typically lead to uniform spectral shifts, limiting precise control. A recently introduced technique, called the size-invariant shape transformation, overcomes this by introducing a new control parameter that deforms the potential landscape without altering system size, enabling nonuniform level scaling. This shape parameter gives rise to quantum shape effects in confined systems, conceptually distinct from quantum size effects. We explore the limits of this phenomenon by asking: what is the minimal system in which such spectral behavior can emerge? We show that even a two-level system can exhibit thermodynamic consequences of quantum shape effects, including spontaneous transitions into lower-entropy states, a feature absent in classical thermodynamics for non-interacting systems. We identify the origin as geometry-induced asymmetric level coupling, where the ground-state energy and level spacing respond oppositely to shape changes. This extends to many-level systems, where the thermally averaged level spacing and ground-state energy evolve in opposite directions. We construct spontaneity maps revealing energy- and entropy-driven spontaneous processes. These behaviors emerge under quasistatic, isothermal deformations and show how geometry alone can induce thermodynamic effects typically exclusive to interacting or open systems. Our results offer a broadly applicable route to spectral gap control in quantum technologies.
- Abstract（参考訳）: 量子系におけるエネルギー準位をハミルトニアン制御パラメータによって調整することは、量子熱力学デバイスや材料の設計に不可欠である。
しかしながら、外部フィールドのチューニングやシステムサイズといった、従来の有限サイズのシステムの操作方法は、通常は均一なスペクトルシフトを引き起こし、正確な制御を制限する。
最近導入された「サイズ不変形状変換」と呼ばれる技術は、システムサイズを変えずに潜在的景観を変形させる新しい制御パラメータを導入し、一様でないレベルのスケーリングを可能にした。
この形状パラメータは、量子サイズ効果とは概念的に異なる閉じ込められた系における量子形状効果をもたらす。
このようなスペクトルの振る舞いが生じる最小限のシステムは何か?
2レベルシステムでさえ、非相互作用系の古典的熱力学に欠けている特徴である、低エントロピー状態への自然遷移を含む量子形状効果の熱力学的結果を示すことができることを示す。
原点を幾何学的に誘導される非対称な準位結合とみなし、そこでは基底状態エネルギーと準位間隔が正反対に形状変化に応答する。
これは、熱的に平均されたレベル間隔と基底状態エネルギーが反対方向に進化する多レベルシステムにまで拡張される。
我々はエネルギーとエントロピー駆動の自然過程を明らかにする自発性マップを構築する。
これらの挙動は準静的な等温変形の下で現れ、幾何学だけでは相互作用系や開系に限った熱力学的効果を誘導できることを示す。
この結果は、量子技術におけるスペクトルギャップ制御に広く適用可能な経路を提供する。
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